JP6936040B2 - Metallized substrate and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、各種の電子機器の電子基板などに使用され、表面導体層を有するメタライズ基板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a metallized substrate which is used for an electronic substrate of various electronic devices and has a surface conductor layer, and a method for manufacturing the same.
従来から、機能部品の配置や配線回路の形成に使用される電子基板は、セラミックスなどの絶縁性基板の上に、導電性を有する金属で形成された回路パターンなどの導電層を積層して製造されている。特に、セラミックスなどの絶縁性材料と金属との親和性や反応性が低いため、電子基板の製造方法としては、チタンなどの活性金属を用いて絶縁性基板と導電層との密着性(接合強度)を向上させる方法が広く利用されている。活性金属を用いた方法としては、絶縁性基板の上に活性金属層を介在させて導電層を形成する方法や、導電層を形成するための導体ペースト中に活性金属粒子を混合する方法などが知られている。 Conventionally, electronic boards used for arranging functional parts and forming wiring circuits are manufactured by laminating a conductive layer such as a circuit pattern made of conductive metal on an insulating substrate such as ceramics. Has been done. In particular, since the affinity and reactivity between an insulating material such as ceramics and a metal is low, an active metal such as titanium is used as a method for manufacturing an electronic substrate, and the adhesiveness (bonding strength) between the insulating substrate and the conductive layer is used. ) Is widely used. Examples of the method using the active metal include a method of forming a conductive layer by interposing an active metal layer on an insulating substrate, a method of mixing active metal particles in a conductor paste for forming the conductive layer, and the like. Are known.
前者の方法において、スパッタリングなどの物理蒸着法によりセラミックスなどの絶縁基板表面にTiなどの活性金属薄膜を形成した後、さらに活性金属膜の表面にCu、Pd、Auなどの高導電性導体膜を形成する方法が、電子工業分野で用いられている。しかし、この方法は、真空下での成膜が必要であり成膜速度も低いため、製造コストが高い。その結果、主に導体膜の膜厚が数μm以下の製品のみに使用され、汎用性の用途への適用は難しい。その課題を解決する方法として、セラミックス板などの絶縁基板の表面にスパッタリングなどの物理蒸着法により活性金属を含む導体薄膜を形成した後、湿式めっき法により導体薄膜の表面にCu、Ag、Ni、Auなどの導体膜を形成する方法が広く使用されている。メッキ法は容易に所望の膜厚を得ることが出来ると共に、大量生産に適しているため製造コストも安価である。この方法の欠点は、膜厚の大きな導体膜の作成には長時間のメッキ加工が必要であるうえに、薬液の処理など環境面の負担が大きい。また、大きな膜厚の導体膜をメッキにより形成すると、導体膜とセラミックス基板との間の応力が大きく、信頼性の面で不利になる場合がある。 In the former method, an active metal thin film such as Ti is formed on the surface of an insulating substrate such as ceramics by a physical vapor deposition method such as sputtering, and then a highly conductive conductor film such as Cu, Pd, or Au is further formed on the surface of the active metal film. The method of forming is used in the field of electronics industry. However, this method requires film formation under vacuum and has a low film formation rate, so that the manufacturing cost is high. As a result, it is mainly used only for products having a conductor film thickness of several μm or less, and it is difficult to apply it to versatile applications. As a method for solving the problem, a conductor thin film containing an active metal is formed on the surface of an insulating substrate such as a ceramic plate by a physical vapor deposition method such as sputtering, and then Cu, Ag, Ni, etc. are formed on the surface of the conductor thin film by a wet plating method. A method of forming a conductor film such as Au is widely used. The plating method can easily obtain a desired film thickness and is suitable for mass production, so that the manufacturing cost is low. The disadvantage of this method is that a long-time plating process is required to produce a conductor film having a large film thickness, and the burden on the environment such as treatment of a chemical solution is large. Further, when a conductor film having a large film thickness is formed by plating, the stress between the conductor film and the ceramic substrate is large, which may be disadvantageous in terms of reliability.
後者の方法として、特公平6−99199号公報(特許文献1)には、窒化アルミニウム焼結体上に、チタン、ジルコニウム及びハフニウムから選ばれる少なくとも一種、並びに銀及び銅を必須成分として含有する合金からなる導電性メタライズ層が形成されている窒化アルミニウム基板が開示されている。この導電性メタライズ層は、導電性メタライズ層を形成すための金属又は化合物の粉末と、エチルセルロースなどの媒体とを含むペーストを塗布して焼成することにより製造している。 As the latter method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-99199 (Patent Document 1) describes an alloy containing at least one selected from titanium, zirconium and hafnium, and silver and copper as essential components on an aluminum nitride sintered body. An aluminum nitride substrate having a conductive metallized layer made of the same material is disclosed. This conductive metallized layer is produced by applying and firing a paste containing a powder of a metal or compound for forming the conductive metallized layer and a medium such as ethyl cellulose.
しかし、チタンなどの活性金属粒子を導体ペーストに配合すると、焼成後の導体ペーストの導電性、半田濡れ性などの特性は著しく低下する虞がある。また、活性金属を基板と反応して密着力を発現するために、真空中で焼成する必要があり、生産性が低い。さらに、チタンなどの活性金属粒子は焼成中に結晶成長して粗大粒子になり、導体膜の平滑性を大きく低下させることがある。 However, when active metal particles such as titanium are blended in the conductor paste, the properties such as conductivity and solder wettability of the conductor paste after firing may be significantly deteriorated. Further, in order to react the active metal with the substrate and develop adhesion, it is necessary to bake in a vacuum, and the productivity is low. Further, active metal particles such as titanium may grow into coarse particles during firing, which may greatly reduce the smoothness of the conductor film.
その一方で、セラミックスなどの絶縁基板に導体パターンを形成する方法としては、厚膜ペースト法がある。例えば、特開2008―226771号公報(特許文献2)には、厚膜ペースト法として、上記のような活性金属による密着を使用せず、導電性金属粉にガラス粉を配合してペースト状にし、このペーストをセラミックス基板表面に塗布した後、ガラス粉の軟化温度及び金属粉の焼結温度以上に焼成を行い、金属粉を焼結すると共にガラス粉を溶融させて焼結金属膜とセラミックス基板とを接着させる方法が開示されている。 On the other hand, as a method of forming a conductor pattern on an insulating substrate such as ceramics, there is a thick film paste method. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-226771 (Patent Document 2) uses a thick film paste method in which glass powder is mixed with a conductive metal powder to form a paste without using the above-mentioned adhesion by an active metal. After applying this paste to the surface of the ceramic substrate, it is fired above the softening temperature of the glass powder and the sintering temperature of the metal powder, and the metal powder is sintered and the glass powder is melted to melt the sintered metal film and the ceramic substrate. A method of adhering to and is disclosed.
しかし、厚膜用の導体ペーストでは、主にペースト中に配合されるガラス成分により基板との密着性を確保するため、薄膜法やメッキ法の活性金属(Tiなど)による接合ほどの密着強度が得られない。その結果、耐熱衝撃性など長期信頼性が不足する虞がある。さらに、厚膜法のスクリーン印刷では、パターン解像度は100μm程度が限界で、100μm以下の微細パターンの形成は困難である。さらに、パターンの断面形状はかまぼこ状で矩形性がないため、パターン形状や精度の要求の高い高密度実装基板などには使用できない。 However, in the case of a conductor paste for a thick film, in order to secure the adhesion to the substrate mainly by the glass component mixed in the paste, the adhesion strength is as strong as that of bonding with an active metal (Ti, etc.) by the thin film method or the plating method. I can't get it. As a result, long-term reliability such as thermal shock resistance may be insufficient. Further, in the thick film method screen printing, the pattern resolution is limited to about 100 μm, and it is difficult to form a fine pattern of 100 μm or less. Further, since the cross-sectional shape of the pattern is semi-cylindrical and has no rectangular shape, it cannot be used for a high-density mounting substrate or the like, which requires a high pattern shape and accuracy.
特開平6−204645号公報(特許文献3)には、良好なパターン形状を得るために、厚膜用の導体ペーストをパターン印刷ではなく、パターンより大きな面積又は基板全面に塗りつぶし印刷(ベタ印刷)して導体膜を焼成した後、導体膜表面にレジストパターンを形成し、エッチングにより不要な導体の部分を除去して所要なパターンを得る方法も提案されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-204645 (Patent Document 3), in order to obtain a good pattern shape, a conductor paste for a thick film is not printed in a pattern but is printed on an area larger than the pattern or on the entire surface of a substrate (solid printing). A method has also been proposed in which a resist pattern is formed on the surface of the conductor film after the conductor film is fired, and an unnecessary conductor portion is removed by etching to obtain a required pattern.
しかし、この方法でも、導体ペースト中に配合しているガラス成分のエッチング耐性が強く、通常エッチング後にも一部のガラス成分が残留するため、パターン間の絶縁性が低下し、微細パターンの形成には不向きである。このような事情から、微細パターンが要求される高性能用途に適用するための配線基板では厚膜法は実現できていない。 However, even with this method, the etching resistance of the glass component blended in the conductor paste is strong, and a part of the glass component remains even after normal etching, so that the insulating property between the patterns is lowered and fine patterns are formed. Is unsuitable. Due to such circumstances, the thick film method has not been realized in the wiring board for application to high-performance applications requiring fine patterns.
従って、本発明の目的は、高い生産性で、絶縁性基板に高性能の導体パターンが形成されたメタライズ基板及びその製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a metallized substrate in which a high-performance conductor pattern is formed on an insulating substrate with high productivity and a method for manufacturing the same.
本発明の他の目的は、高い密着力で表面導体層が形成されたメタライズ基板及びその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a metallized substrate on which a surface conductor layer is formed with high adhesion and a method for producing the same.
本発明のさらに他の目的は、耐熱性、耐熱衝撃性及び信頼性の高いメタライズ基板及びその製造方法を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a metallized substrate having high heat resistance, heat impact resistance and reliability, and a method for producing the same.
本発明の別の目的は、エッチング適性に優れ、微細なパターンを形成できるメタライズ基板及びその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a metallized substrate having excellent etching suitability and capable of forming a fine pattern, and a method for producing the same.
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討の結果、絶縁性基板と、この絶縁性基板の表面の少なくとも一部の領域に積層され、かつ活性金属層を含む接合層と、この接合層に積層され、かつ多孔質構造を有する導体を含む表面導体層とを組み合わせることにより、高い生産性で、絶縁性基板に高性能の導体パターンを形成できることを見出し、本発明を完成した。 As a result of diligent studies to achieve the above problems, the present inventors have obtained an insulating substrate, a bonding layer laminated on at least a part of the surface of the insulating substrate, and containing an active metal layer, and this bonding. The present invention has been completed by finding that a high-performance conductor pattern can be formed on an insulating substrate with high productivity by combining with a surface conductor layer including a conductor which is laminated on the layer and has a porous structure.
すなわち、本発明のメタライズ基板は、絶縁性基板と、この絶縁性基板の表面の少なくとも一部の領域に積層され、かつ活性金属層を含む接合層と、この接合層に積層され、導体を含み、かつ多孔質構造を有する表面導体層とを含む。前記活性金属層は、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mn及びAlからなる群より選択された少なくとも1種の活性金属又はこの活性金属を含む合金を含んでいてもよい。前記接合層は、さらに非透過層を含んでいてもよい。この非透過層は、Mo、W、Ni、Pd及びPtからなる群より選択された少なくとも1種のバリア性金属又はこのバリア性金属を含む合金を含んでいてもよい。前記非透過層は、活性金属層と表面導体層との間に介在してもよい。前記接合層は、さらに親和層を含んでいてもよい。この親和層は、表面導体層に含まれる金属と同一又は合金化可能な金属を含んでいてもよい。前記親和層は、表面導体層と接していてもよい。前記表面導体層に含まれる導体は、Ni、Pt、Cu、Ag、Au及びAlからなる群より選択された少なくとも1種の導電性金属又はこの導電性金属を含む合金を含んでいてもよい。前記表面導体層の空隙率は5〜30体積%程度である。前記表面導体層は、ガラス成分を含まなくてもよい。前記表面導体層の平均厚みは、前記接合層の平均厚みに対して5〜1000倍程度である。前記絶縁性基板は、セラミックス基板であってもよい。本発明のメタライズ基板は、前記表面導体層にさらにメッキ層(特に湿式メッキ層)が積層されていてもよい。さらに、本発明のメタライズ基板は、電子基板であってもよい。 That is, the metallized substrate of the present invention is laminated on an insulating substrate, a bonding layer that is laminated on at least a part of the surface of the insulating substrate and contains an active metal layer, and is laminated on the bonding layer and includes a conductor. , And includes a surface conductor layer having a porous structure. The active metal layer may contain at least one active metal selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mn and Al, or an alloy containing the active metal. The bonding layer may further include a non-permeable layer. The non-permeable layer may contain at least one barrier metal selected from the group consisting of Mo, W, Ni, Pd and Pt, or an alloy containing the barrier metal. The non-permeable layer may be interposed between the active metal layer and the surface conductor layer. The bonding layer may further include an affinity layer. This affinity layer may contain the same metal as the metal contained in the surface conductor layer or a metal that can be alloyed. The affinity layer may be in contact with the surface conductor layer. The conductor contained in the surface conductor layer may contain at least one conductive metal selected from the group consisting of Ni, Pt, Cu, Ag, Au and Al, or an alloy containing the conductive metal. The porosity of the surface conductor layer is about 5 to 30% by volume. The surface conductor layer may not contain a glass component. The average thickness of the surface conductor layer is about 5 to 1000 times the average thickness of the bonding layer. The insulating substrate may be a ceramic substrate. In the metallized substrate of the present invention, a plating layer (particularly a wet plating layer) may be further laminated on the surface conductor layer. Further, the metallized substrate of the present invention may be an electronic substrate.
本発明には、絶縁性基板の表面に、活性金属層を含む接合層を積層する接合層形成工程、接合層の上に、金属粒子及び有機ビヒクルを含む表面導体層用導体ペーストを塗布する導体塗布工程、塗布した前記導体ペーストに含まれる金属粒子の焼結温度以上に加熱して導体ペーストを焼成し、多孔質構造を有する導体を含む表面導体層を形成する導体焼成工程を含む前記メタライズ基板の製造方法も含まれる。前記接合層形成工程において、活性金属層を形成した後、活性金属層の上に、さらに非透過層及び/又は親和層を積層してもよい。前記接合層形成工程において、物理蒸着法で接合層を形成してもよい。前記導体塗布工程において、導体ペーストの塗布前に、不活性ガス雰囲気中で、400℃以上であり、かつ接合層を構成する全ての金属種の中で最も低融点の金属の融点、及び接合層を構成する合金の融点のいずれか低い方の融点以下の温度で接合層を加熱してアニールしてもよい。本発明の製造方法は、導体焼成工程で得られた表面導体層の上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンが形成されていない露出領域の表面導体層及び接合層を除去し、さらにレジストパターンを除去する第1のエッチング工程をさらに含んでいてもよい。さらに、本発明の製造方法は、導体塗布工程において、表面導体層用導体ペーストをパターン印刷するとともに、導体焼成工程の後工程として、表面導体層(パターン)から露出する接合層を除去する接合層除去工程をさらに含んでいてもよい。前記接合層形成工程では、前記絶縁性基板の表面において、活性金属層を含む接合層をパターン状(表面導体層における目的のパターン状)に形成してもよい。本発明の製造方法は、導体焼成工程で得られた表面導体層の表面にメッキ層を形成するメッキ工程をさらに含んでいてもよい。また、本発明の製造方法は、導体焼成工程で得られた表面導体層の上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンが形成されていない露出領域の表面導体層の表面に貴金属を含むメッキ層を形成してレジストパターンを除去し、メッキ層が形成されてない露出領域の表面導体層及び接合層を除去する第2のエッチング工程をさらに含んでいてもよい。 In the present invention, there is a step of forming a bonding layer in which a bonding layer containing an active metal layer is laminated on the surface of an insulating substrate, and a conductor in which a conductor paste for a surface conductor layer containing metal particles and an organic vehicle is applied on the bonding layer. The metallized substrate including a coating step, a conductor firing step of heating the coated metal particles contained in the conductor paste to a temperature equal to or higher than the sintering temperature to fire the conductor paste to form a surface conductor layer containing a conductor having a porous structure. The manufacturing method of is also included. In the bonding layer forming step, after forming the active metal layer, a non-permeable layer and / or an affinity layer may be further laminated on the active metal layer. In the bonding layer forming step, the bonding layer may be formed by a physical vapor deposition method. In the conductor coating step, before coating the conductor paste, the melting point of the metal having a melting point of 400 ° C. or higher and the lowest melting point among all the metal species constituting the bonding layer in an inert gas atmosphere, and the bonding layer The bonding layer may be annealed by heating the bonding layer at a temperature equal to or lower than the melting point of the alloy constituting the above. In the production method of the present invention, after forming a resist pattern on the surface conductor layer obtained in the conductor firing step, the surface conductor layer and the bonding layer in the exposed region where the resist pattern is not formed are removed, and further, the resist pattern is formed. May further include a first etching step of removing. Further, the manufacturing method of the present invention is a bonding layer in which the conductor paste for the surface conductor layer is pattern-printed in the conductor coating process, and the bonding layer exposed from the surface conductor layer (pattern) is removed as a subsequent step in the conductor firing process. It may further include a removal step. In the bonding layer forming step, the bonding layer including the active metal layer may be formed in a pattern (the target pattern in the surface conductor layer) on the surface of the insulating substrate. The production method of the present invention may further include a plating step of forming a plating layer on the surface of the surface conductor layer obtained in the conductor firing step. Further, in the production method of the present invention, after forming a resist pattern on the surface conductor layer obtained in the conductor firing step, a plating layer containing a noble metal is formed on the surface of the surface conductor layer in the exposed region where the resist pattern is not formed. May further include a second etching step of forming the resist pattern to remove the surface conductor layer and the bonding layer in the exposed region where the plating layer is not formed.
本発明では、絶縁性基板と、この絶縁性基板の表面の少なくとも一部の領域に積層され、かつ活性金属層を含む接合層と、この接合層に積層され、かつ多孔質構造を有する導体を含む表面導体層とを組み合わせているため、高い生産性で、絶縁性基板に高性能の導体パターンを形成できる。また、高い密着力で表面導体層を形成できる。特に、接合層が特定の活性金属を含むと、耐熱性及び信頼性も高度に向上できる。また、表面導体層が多孔質体であるため、表面導体層と絶縁性基板間との熱膨張率の差によって生じる熱応力が緩和され、耐熱衝撃性も向上できる。また、表面導体層にガラス成分など難エッチング性の添加物を含まないため、エッチング適性に優れ、表面導体層をエッチングしてパターンを形成すると、絶縁信頼性が高く、直角性(矩形性)に優れる微細なパターンを形成できる。 In the present invention, an insulating substrate, a bonding layer laminated on at least a part of the surface of the insulating substrate and containing an active metal layer, and a conductor laminated on the bonding layer and having a porous structure are provided. Since it is combined with the including surface conductor layer, a high-performance conductor pattern can be formed on the insulating substrate with high productivity. In addition, the surface conductor layer can be formed with high adhesion. In particular, when the bonding layer contains a specific active metal, heat resistance and reliability can be highly improved. Further, since the surface conductor layer is a porous body, the thermal stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the surface conductor layer and the insulating substrate can be alleviated, and the thermal impact resistance can be improved. In addition, since the surface conductor layer does not contain additives such as glass components that are difficult to etch, it has excellent etching suitability, and when the surface conductor layer is etched to form a pattern, insulation reliability is high and right angle (rectangularity) is achieved. It is possible to form an excellent fine pattern.
[メタライズ基板]
本発明のメタライズ基板は、絶縁性基板と、この絶縁性基板の表面の少なくとも一部の領域に積層され、かつ活性金属層を含む接合層と、この接合層に積層され、かつ多孔質構造を有する導体を含む表面導体層とを含む。
[Metallized board]
The metallized substrate of the present invention has an insulating substrate, a bonding layer laminated on at least a part of the surface of the insulating substrate and containing an active metal layer, and a porous structure laminated on the bonding layer. Includes a surface conductor layer that includes the conductor to have.
(絶縁性基板)
絶縁性基板を構成する材質は、焼成工程を経るため、耐熱性が要求され、エンジニアリングプラスチックなどの有機材料であってもよいが、通常、無機材料(無機素材)である。
(Insulating substrate)
The material constituting the insulating substrate is required to have heat resistance because it undergoes a firing process, and may be an organic material such as engineering plastic, but is usually an inorganic material (inorganic material).
無機材料としては、例えば、セラミックス{金属酸化物(石英、アルミナ又は酸化アルミニウム、ジルコニア、サファイア、フェライト、チタニア又は酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、ムライト、ベリリアなど)、酸化ケイ素(二酸化ケイ素など)、金属窒化物(窒化アルミニウム、窒化チタンなど)、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化炭素、金属炭化物(炭化チタン、炭化タングステンなど)、炭化ケイ素、炭化ホウ素、金属ホウ化物(ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウムなど)、金属複合酸化物[チタン酸金属塩(チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、チタン酸ニオブ、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウムなど)、ジルコン酸金属塩(ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸鉛など)など]など}、ガラス類(ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、クラウンガラス、バリウム含有ガラス、ストロンチウム含有ガラス、ホウ素含有ガラス、低アルカリガラス、無アルカリガラス、結晶化透明ガラス、シリカガラス、石英ガラス、耐熱ガラスなど)、ケイ素類(半導体ケイ素など)などが挙げられる。無機材料は、これらの無機材料と金属との複合材料(例えば、ほうろうなど)であってもよい。 Examples of the inorganic material include ceramics {metal oxides (quartz, alumina or aluminum oxide, zirconia, sapphire, ferrite, titania or titanium oxide, zinc oxide, niobium oxide, mullite, berylia, etc.), silicon oxide (silicon dioxide, etc.). , Metal nitride (aluminum nitride, titanium nitride, etc.), silicon nitride, boron nitride, carbon nitride, metal carbide (titanium carbide, tungsten carbide, etc.), silicon carbide, boron carbide, metal boride (titanate borate, zirconium booxide, etc.) , Etc.), Metal composite oxide [Metallic acid titanate (barium titanate, strontium titanate, lead titanate, niobium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, etc.), metal dilcone acid salt (barium zirconate, zirconic acid, etc.) Calcium, lead zirconate, etc.)], etc.}, Glasses (soda glass, borosilicate glass, crown glass, barium-containing glass, strontium-containing glass, boron-containing glass, low-alkali glass, non-alkali glass, crystallized transparent glass, etc. Silica glass, quartz glass, heat-resistant glass, etc.), silicon (semiconductor silicon, etc.) and the like can be mentioned. The inorganic material may be a composite material (for example, enamel) of these inorganic materials and a metal.
絶縁性基板は、例えば、セラミックス基板、ガラス基板、シリコン基板、ほうろう基板などの耐熱性基板であってもよい。これらの耐熱性基板のうち、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、窒化ケイ素基板などのセラミックス基板が好ましい。 The insulating substrate may be, for example, a heat-resistant substrate such as a ceramic substrate, a glass substrate, a silicon substrate, or an enamel substrate. Among these heat-resistant substrates, ceramic substrates such as alumina substrates, aluminum nitride substrates, and silicon nitride substrates are preferable.
絶縁性基板は、通常、表面平滑な形状を有している。このような絶縁性基板の表面は、酸化処理[表面酸化処理、例えば、放電処理(コロナ放電処理、グロー放電など)、酸処理(クロム酸処理など)、紫外線照射処理、焔処理など]、表面凹凸処理(溶剤処理、サンドブラスト処理など)などの表面処理がされていてもよい。 The insulating substrate usually has a smooth surface shape. The surface of such an insulating substrate is subjected to oxidation treatment [surface oxidation treatment, for example, discharge treatment (corona discharge treatment, glow discharge, etc.), acid treatment (chromic acid treatment, etc.), ultraviolet irradiation treatment, flame treatment, etc.], surface treatment. Surface treatment such as uneven treatment (solvent treatment, sandblast treatment, etc.) may be performed.
絶縁性基板の平均厚みは、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば0.01〜10mm、好ましくは0.05〜5mm、さらに好ましくは0.1〜1mm(特に0.2〜0.8mm)程度であってもよい。 The average thickness of the insulating substrate may be appropriately selected depending on the application, for example, 0.01 to 10 mm, preferably 0.05 to 5 mm, more preferably 0.1 to 1 mm (particularly 0.2 to 0.8 mm). ) May be the case.
(活性金属層)
接合層は、前記絶縁性基板の表面の少なくとも一部の領域に積層された薄膜であり、通常、表面導体層のパターン形状に対応した形状を有している。接合層は、必須の層として活性金属層(絶縁性基板との反応層)を含むことにより、活性金属層が絶縁性基板の構成成分と反応したり化合物を形成し、前記絶縁性基材と表面導体層との密着力を向上させている。
(Active metal layer)
The bonding layer is a thin film laminated on at least a part of the surface of the insulating substrate, and usually has a shape corresponding to the pattern shape of the surface conductor layer. By including the active metal layer (reaction layer with the insulating substrate) as an essential layer, the bonding layer reacts with the constituent components of the insulating substrate or forms a compound to form a compound with the insulating substrate. The adhesion with the surface conductor layer is improved.
活性金属層は、活性金属又はこの活性金属を含む合金を含む。前記活性金属としては、絶縁性基板の構成成分と反応する金属や前記構成成分と化合物を形成でき、かつ表面導体層を構成する金属と異なる金属であればよく、例えば、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mn、Alなどが挙げられる。これらの活性金属は、単独で又は二種以上組み合わせて使用でき、二種以上を組み合わせた合金であってもよい。 The active metal layer includes an active metal or an alloy containing the active metal. The active metal may be a metal that reacts with the constituents of the insulating substrate or a metal that can form a compound with the constituents and is different from the metal that constitutes the surface conductor layer. For example, Ti, Zr, Hf, and the like. Examples thereof include Nb, Ta, Cr, Mn and Al. These active metals can be used alone or in combination of two or more, and may be an alloy in which two or more are combined.
これらの活性金属のうち、Ti、Zr、Crを含む活性金属が好ましく、通常、これらの活性金属単体が汎用される。 Among these active metals, active metals containing Ti, Zr, and Cr are preferable, and these active metals alone are usually widely used.
さらに、活性金属は、簡便な膜構造であっても(特に、非透過層を形成することなく)、表面導体層の電気特性と、表面導体層と絶縁性基材との密着性とを両立できる点から、後述する非透過層を構成するバリア性金属(特に、Mo又はW)との合金であってもよい。活性金属とバリア性金属との合金において、バリア性金属の割合は、活性金属100質量部に対して200質量部以下であり、例えば1〜150質量部、好ましくは5〜150質量部、さらに好ましくは10〜100質量部程度である。バリア性金属の割合が多すぎると、絶縁性基板と活性金属層との密着性が低下する虞がある。 Further, the active metal has both the electrical characteristics of the surface conductor layer and the adhesion between the surface conductor layer and the insulating base material, even if it has a simple film structure (particularly, without forming a non-permeable layer). From the point of view, it may be an alloy with a barrier metal (particularly Mo or W) constituting the non-permeable layer described later. In the alloy of the active metal and the barrier metal, the ratio of the barrier metal is 200 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the active metal, for example, 1 to 150 parts by mass, preferably 5 to 150 parts by mass, more preferably. Is about 10 to 100 parts by mass. If the proportion of the barrier metal is too large, the adhesion between the insulating substrate and the active metal layer may decrease.
活性金属層は、活性金属を含んでいればよく、例えば、活性金属化合物であってもよいが、通常、活性金属単体、活性金属同士の合金、活性金属とバリア性金属との合金である。活性金属化合物としては、加熱により容易に活性金属が生成する化合物(例えば、TiH2、ZrH2など)が好ましい。 The active metal layer may contain an active metal and may be, for example, an active metal compound, but is usually a simple substance of the active metal, an alloy of the active metals, or an alloy of the active metal and the barrier metal. As the active metal compound, a compound (for example, TiH 2 , ZrH 2, etc.) in which an active metal is easily produced by heating is preferable.
活性金属層の平均厚みは0.005μm以上であってもよく、例えば0.005〜1.0μm、好ましくは0.01〜0.5μm、さらに好ましくは0.05〜0.3μm(特に0.08〜0.2μm)程度である。活性金属層の厚みが薄過ぎると、表面導体層と絶縁性基板との密着力が低下する虞がある。一方、活性金属層の厚みが厚過ぎると、表面導体層の導電性が損なわれる虞があるとともに、コスト的に不利である。 The average thickness of the active metal layer may be 0.005 μm or more, for example 0.005 to 1.0 μm, preferably 0.01 to 0.5 μm, and more preferably 0.05 to 0.3 μm (particularly 0. It is about 08 to 0.2 μm). If the thickness of the active metal layer is too thin, the adhesion between the surface conductor layer and the insulating substrate may decrease. On the other hand, if the thickness of the active metal layer is too thick, the conductivity of the surface conductor layer may be impaired, which is disadvantageous in terms of cost.
(非透過層)
接合層は、活性金属層単独で形成されていてもよいが、表面導体層の電気特性と、表面導体層と絶縁性基材との密着性とを高度に向上できる点から、前記活性金属層と表面導体層との間にさらに非透過層を介在させてもよい。接合層が活性金属層単独で形成されている場合、従来のメタライズ基板に対して、高い電気特性と密着性とを有しているが、活性金属層と表面導体層との間で起こる現象として、活性金属層が表面導体層の内部へ拡散すると表面導体層の電気特性が若干低下する虞がある。その一方で、表面導体層を構成する金属が活性金属層へ拡散し、さらに合金化すると絶縁性基板との密着性が若干低下する(拡散、合金化により活性金属膜が絶縁性基板から剥がれる)虞もある。そこで、本発明の効果を更に向上させるために、活性金属層と表面導体層との間に非透過層を介在させると、非透過層がバリアとなり、高温焼成時に活性金属層と表面導体層を構成する金属とが、相互に拡散するのを防止できる。さらに、活性金属層は、形成後、空気中に暴露すると活性金属が酸化され易く、接合層としての機能が低下する虞がある。これに対して、比較的酸化され難い金属を非透過層(バリア層)として被覆することで、活性金属の酸化を抑制できる。
(Non-transparent layer)
The bonding layer may be formed of the active metal layer alone, but the active metal layer can be highly improved in terms of the electrical characteristics of the surface conductor layer and the adhesion between the surface conductor layer and the insulating base material. A non-permeable layer may be further interposed between the surface conductor layer and the surface conductor layer. When the bonding layer is formed of the active metal layer alone, it has high electrical characteristics and adhesion to the conventional metallized substrate, but as a phenomenon that occurs between the active metal layer and the surface conductor layer. If the active metal layer diffuses into the surface conductor layer, the electrical characteristics of the surface conductor layer may be slightly deteriorated. On the other hand, when the metal constituting the surface conductor layer diffuses into the active metal layer and is further alloyed, the adhesion to the insulating substrate is slightly lowered (the active metal film is peeled off from the insulating substrate due to diffusion and alloying). There is also a risk. Therefore, in order to further improve the effect of the present invention, if a non-permeable layer is interposed between the active metal layer and the surface conductor layer, the non-permeable layer becomes a barrier, and the active metal layer and the surface conductor layer are formed during high-temperature firing. It is possible to prevent the constituent metals from diffusing each other. Further, when the active metal layer is exposed to air after being formed, the active metal is easily oxidized, and the function as a bonding layer may be deteriorated. On the other hand, by coating a metal that is relatively difficult to oxidize as a non-permeable layer (barrier layer), oxidation of the active metal can be suppressed.
非透過層は、バリア性金属又はこのバリア性金属を含む合金を含む。前記バリア性金属としては、前述のバリア性を有し、かつ表面導体層を構成する金属と異なっていれば特に限定されず、例えば、Mo、W、Ni、Pd、Ptなどが挙げられる。これらのバリア性金属は、単独で又は二種以上組み合わせて使用でき、二種以上を組み合わせた合金であってもよい。 The non-permeable layer contains a barrier metal or an alloy containing the barrier metal. The barrier metal is not particularly limited as long as it has the above-mentioned barrier property and is different from the metal constituting the surface conductor layer, and examples thereof include Mo, W, Ni, Pd, and Pt. These barrier metals can be used alone or in combination of two or more, and may be an alloy in which two or more are combined.
これらのバリア性金属のうち、導電性、安定性、表面導体層との密着性、バリア性から、Pd、Pt、Niが好ましく、通常、これらのバリア性金属単体が汎用される。 Among these barrier metals, Pd, Pt, and Ni are preferable from the viewpoints of conductivity, stability, adhesion to the surface conductor layer, and barrier properties, and these barrier metals alone are usually widely used.
非透過層は、バリア性金属を含んでいればよく、例えば、バリア性金属化合物であってもよいが、通常、バリア性金属単体、バリア性金属同士の合金である。 The non-permeable layer may contain a barrier metal and may be, for example, a barrier metal compound, but is usually a barrier metal simple substance or an alloy of barrier metals.
非透過層の平均厚みは0.01μm以上であってもよく、例えば0.01〜1.0μm、好ましくは0.05〜0.5μm、さらに好ましくは0.1〜0.3μm程度である。非透過層の厚みが薄過ぎると、活性金属層の効果が低下したり、表面導体層と絶縁性基板との密着性が低下する虞がある。非透過層の厚みが厚すぎると、コスト的に不利になる。 The average thickness of the non-permeable layer may be 0.01 μm or more, for example, 0.01 to 1.0 μm, preferably 0.05 to 0.5 μm, and more preferably about 0.1 to 0.3 μm. If the thickness of the non-transmissive layer is too thin, the effect of the active metal layer may be reduced, or the adhesion between the surface conductor layer and the insulating substrate may be reduced. If the thickness of the non-transmissive layer is too thick, it is disadvantageous in terms of cost.
(親和層)
接合層は、表面導体層と絶縁性基板との密着性をより向上させるために、表面導体層と接する最表面に親和層(表面導体層との親和性を高める層)を含んでいてもよい。親和層は、表面導体層と接触すればよく、活性金属層の上に積層してもよく、非透過層の上に形成してもよい。親和層を表面導体層と接触させることにより、表面導体層との親和性(濡れ性)が高まり、表面導体層と絶縁性基板(詳しくは、活性金属層又は非透過層)とを良好に接合できる。なお、非透過層の金属が親和層の性質をも有する金属である場合は、非透過層は親和層を兼ねることもできる。
(Affinity layer)
The bonding layer may include an affinity layer (a layer that enhances the affinity with the surface conductor layer) on the outermost surface in contact with the surface conductor layer in order to further improve the adhesion between the surface conductor layer and the insulating substrate. .. The affinity layer may be in contact with the surface conductor layer, may be laminated on the active metal layer, or may be formed on the non-permeable layer. By bringing the affinity layer into contact with the surface conductor layer, the affinity (wetting property) with the surface conductor layer is enhanced, and the surface conductor layer and the insulating substrate (specifically, the active metal layer or the non-permeable layer) are satisfactorily bonded. can. When the metal of the non-permeable layer is a metal having the property of an affinity layer, the non-permeable layer can also serve as an affinity layer.
親和層は、親和層と接触する層(非透過層又は活性金属層)を形成する金属と異なる金属であり、かつ表面導体層に含まれる金属と同一又は合金化可能な金属(親和用金属)を含む。親和用金属としては、例えば、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Alなどが挙げられる。これらの親和用金属は、単独で又は二種以上組み合わせて使用でき、二種以上を組み合わせた合金であってもよい。 The affinity layer is a metal different from the metal forming the layer (impermeable layer or active metal layer) in contact with the affinity layer, and is the same as or alloyable with the metal contained in the surface conductor layer (metal for affinity). including. Examples of the affinity metal include Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Al and the like. These affinity metals can be used alone or in combination of two or more, and may be an alloy in which two or more are combined.
これらの親和用金属のうち、表面導体層に含まれる金属と同一の金属が好ましい。好ましい親和用金属は、例えば、Ni、Cu、Ag、Au、Alを含む金属であってもよく、通常、これらの金属単体が汎用される。これらの親和用金属は、表面導体層として通常使用される高導電性金属であり、特に、表面導体層に含まれる金属と同一である場合、濡れ性及び密着性を向上できるため、絶縁性基板とより強固に密着できる。 Among these affinity metals, the same metal as the metal contained in the surface conductor layer is preferable. The preferred affinity metal may be, for example, a metal containing Ni, Cu, Ag, Au, Al, and these metals alone are usually used in general. These affinity metals are highly conductive metals that are usually used as a surface conductor layer, and in particular, when they are the same as the metal contained in the surface conductor layer, wettability and adhesion can be improved, and thus an insulating substrate. Can be adhered more firmly.
親和層は、親和用金属を含んでいればよく、例えば、親和用金属化合物であってもよいが、通常、親和用金属単体、親和用金属同士の合金である。 The affinity layer may contain an affinity metal, and may be, for example, an affinity metal compound, but is usually a simple substance of the affinity metal or an alloy of the affinity metals.
親和層の平均厚みは0.01μm以上であってもよく、例えば0.01〜0.5μm、好ましくは0.1〜0.3μm、さらに好ましくは0.15〜0.25μm程度である。親和層の厚みが薄過ぎると、親和層を形成する効果が低下する虞がある。 The average thickness of the affinity layer may be 0.01 μm or more, for example, 0.01 to 0.5 μm, preferably 0.1 to 0.3 μm, and more preferably about 0.1 to 0.25 μm. If the thickness of the affinity layer is too thin, the effect of forming the affinity layer may be reduced.
接合層の平均厚みは0.05μm以上であってもよく、例えば0.1〜1μm、好ましくは0.2〜0.8μm、さらに好ましくは0.3〜0.5μm程度である。 The average thickness of the bonding layer may be 0.05 μm or more, for example, 0.1 to 1 μm, preferably 0.2 to 0.8 μm, and more preferably about 0.3 to 0.5 μm.
(表面導体層)
表面導体層(又は表面導体膜)は、前記接合層に積層されており、導体(特に焼結導体)を含み、かつ多孔質構造を有することにより、メタライズ基板として高導電性を実現できる。表面導体層は、少なくとも一部の領域で接合層を介在して絶縁性基板に積層されていればよく、接合層を介さずに絶縁性基板に直接表面導体層が積層されている領域が存在してもよい。例えば、経済性を向上させるために、高度な密着力やパターン精度が要求される領域(通常は表面)には接合層を介在させ、高度に要求されない領域(通常は裏面)では接合層を介在させなくてもよい。メタライズ基板の性能の点からは、全ての表面導体層が接合層を介在して絶縁性基板に積層されるのが好ましい。
(Surface conductor layer)
The surface conductor layer (or surface conductor film) is laminated on the bonding layer, contains a conductor (particularly a sintered conductor), and has a porous structure, so that high conductivity can be realized as a metallized substrate. The surface conductor layer may be laminated on the insulating substrate with a bonding layer interposed therebetween in at least a part of the region, and there is a region in which the surface conductor layer is directly laminated on the insulating substrate without interposing the bonding layer. You may. For example, in order to improve economic efficiency, a bonding layer is interposed in a region where high adhesion and pattern accuracy are required (usually the front surface), and a bonding layer is interposed in a region where high adhesion and pattern accuracy are not required (usually the back surface). You do not have to let it. From the viewpoint of the performance of the metallized substrate, it is preferable that all the surface conductor layers are laminated on the insulating substrate with the bonding layer interposed therebetween.
表面導体層に含まれる導体は、導電性を有する限り特に限定されないが、通常、導電性金属又はこの導電性金属を含む合金である。導電性金属としては、例えば、Ni、Pt、Cu、Ag、Au、Alなどが挙げられる。これらの金属は、単独で又は二種以上組み合わせて使用でき、二種以上を組み合わせた合金であってもよい。これらのうち、導電性、信頼性、経済性などの点から、Cu又はAgが好ましい。導体は、焼結導体であってもよい。 The conductor contained in the surface conductor layer is not particularly limited as long as it has conductivity, but is usually a conductive metal or an alloy containing the conductive metal. Examples of the conductive metal include Ni, Pt, Cu, Ag, Au, Al and the like. These metals can be used alone or in combination of two or more, and may be an alloy in which two or more are combined. Of these, Cu or Ag is preferable from the viewpoints of conductivity, reliability, economy and the like. The conductor may be a sintered conductor.
表面導体層は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、半導体や絶縁体などの非導体(例えば、セラミックなどの充填材、焼成後に残存した有機ビヒクル、ガラス成分などの無機バインダーなど)を含んでいてもよい。表面導体層中の導体の割合は50質量%以上であってもよく、例えば90質量%、好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上であり、特に100質量%(導体単独で形成)であってもよい。表面導体層は、前述のように、接合層を介在させることにより、ガラス成分などの無機バインダーを含まなくても絶縁性基板との密着性を向上できる。そのため、表面導体層は、無機バインダー(特にガラス成分)を実質的に含まなくてもよく、ガラス成分を含まないのが好ましい。無機バインダー(特にガラス成分)の割合は、導体100質量部に対して1質量部以下(特に0.1質量部以下)であり、ガラス成分の割合が多すぎると、密着性及び電気特性が低下する虞がある。 The surface conductor layer may be a non-conductor such as a semiconductor or an insulator (for example, a filler such as ceramic, an organic vehicle remaining after firing, an inorganic binder such as a glass component, etc.) as long as the effect of the present invention is not impaired. It may be included. The proportion of the conductor in the surface conductor layer may be 50% by mass or more, for example, 90% by mass, preferably 95% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, and particularly 100% by mass (formed by the conductor alone). ) May be. As described above, the surface conductor layer can improve the adhesion to the insulating substrate even if it does not contain an inorganic binder such as a glass component by interposing a bonding layer. Therefore, the surface conductor layer does not have to substantially contain an inorganic binder (particularly a glass component), and preferably does not contain a glass component. The ratio of the inorganic binder (particularly the glass component) is 1 part by mass or less (particularly 0.1 part by mass or less) with respect to 100 parts by mass of the conductor, and if the ratio of the glass component is too large, the adhesiveness and electrical characteristics deteriorate. There is a risk of
また、表面導体層は、多孔質構造を有する多孔質体であるため、表面導体層の弾性率が低く、表面導体層と絶縁性基板との熱膨張率の差によって生じる熱応力が緩和され、耐熱衝撃性を向上できる。多孔質体の多孔質構造は、特に限定されず、連通性気孔構造、独立性気孔構造、この両者の混合構造のいずれであってもよい。表面導体層の気密性や、メッキ液に対するバリア性から、独立性気孔構造が好ましい。特に、導体ペースト(金属ペースト又は導電性ペースト)を用いて得られた表面導体層は、焼成によって生じた多孔質体(焼結体)であってもよい。多孔質体の平均孔径は、例えば0.01〜5μm、好ましくは0.05〜3μm、さらに好ましくは0.1〜2μm程度である。多孔質体の空隙率は、例えば1〜40体積%、好ましくは5〜30体積%、さらに好ましくは10〜20体積%程度である。空隙率が大きすぎると、導電性が低下する虞があり、小さすぎると、耐熱衝撃性が低下する虞がある。 Further, since the surface conductor layer is a porous body having a porous structure, the elastic modulus of the surface conductor layer is low, and the thermal stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the surface conductor layer and the insulating substrate is relaxed. Thermal impact resistance can be improved. The porous structure of the porous body is not particularly limited, and may be any of a communicative pore structure, an independent pore structure, and a mixed structure of both. An independent pore structure is preferable because of the airtightness of the surface conductor layer and the barrier property against the plating solution. In particular, the surface conductor layer obtained by using the conductor paste (metal paste or conductive paste) may be a porous body (sintered body) produced by firing. The average pore size of the porous body is, for example, 0.01 to 5 μm, preferably 0.05 to 3 μm, and more preferably about 0.1 to 2 μm. The porosity of the porous body is, for example, 1 to 40% by volume, preferably 5 to 30% by volume, and more preferably about 10 to 20% by volume. If the porosity is too large, the conductivity may decrease, and if it is too small, the thermal impact resistance may decrease.
なお、多孔質体の平均孔径は、走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)観察に基づいて測定できる。また、多孔質体の空隙率は、導体ペースト中に含まれる有機成分体積率及び焼成収縮率に基づいて測定でき、詳しくは後述する実施例に記載の方法で測定できる。 The average pore size of the porous body can be measured based on observation with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). Further, the porosity of the porous body can be measured based on the volume fraction of the organic component and the firing shrinkage ratio contained in the conductor paste, and can be measured in detail by the method described in Examples described later.
さらに、表面導体層は、薄膜である接合層に比べて厚膜であり、表面導体層を形成するにあたり、薄膜法による接合層の形成と厚膜法による表面導体層の形成とを組み合わせて、導体パターンを形成できる。そのため、接合層により、表面導体層は、ガラス成分を用いなくても絶縁性基板との高い密着性を実現できる。本発明では、このような構成により、前記特徴に加えて、密着性、信頼性、導電性(大電流対応)、パターン精度、コストなどの全ての面において特徴を発揮できる。 Further, the surface conductor layer is a thicker film than the thin film bonding layer, and in forming the surface conductor layer, the formation of the bonding layer by the thin film method and the formation of the surface conductor layer by the thick film method are combined. A conductor pattern can be formed. Therefore, due to the bonding layer, the surface conductor layer can realize high adhesion to the insulating substrate without using a glass component. In the present invention, in addition to the above-mentioned features, the features can be exhibited in all aspects such as adhesion, reliability, conductivity (corresponding to a large current), pattern accuracy, and cost.
表面導体層の膜厚は、必要な電流量に応じて設定すればよく、本発明では表面導体層が多孔質体であるため、従来の方法では形成が困難であった厚膜、例えば、200μm以上でも高い信頼性を有する超厚膜の形成も可能である。表面導体層の平均厚みは0.5μm以上であってもよく、例えば1〜1000μm、好ましくは2〜600μm(例えば3〜500μm)、さらに好ましくは4〜300μm(特に5〜200μm)程度である。表面導体層の厚みが薄過ぎると、電気特性や耐メッキ性が低下する虞がある。表面導体層の厚みが厚すぎると、コスト的に不利になる。 The film thickness of the surface conductor layer may be set according to the required amount of current, and since the surface conductor layer is a porous body in the present invention, a thick film, for example, 200 μm, which was difficult to form by the conventional method. Even with the above, it is possible to form an ultra-thick film having high reliability. The average thickness of the surface conductor layer may be 0.5 μm or more, for example, 1 to 1000 μm, preferably 2 to 600 μm (for example, 3 to 500 μm), and more preferably 4 to 300 μm (particularly 5 to 200 μm). If the thickness of the surface conductor layer is too thin, the electrical characteristics and plating resistance may deteriorate. If the surface conductor layer is too thick, it is disadvantageous in terms of cost.
表面導体層は接合層に比べて厚肉であり、表面導体層の平均厚みは、接合層の平均厚みに対して3〜5000倍程度の範囲から選択でき、例えば5〜3000倍(例えば5〜1000倍)、好ましくは8〜2000倍(例えば10〜1500倍)、さらに好ましくは10〜1000倍(特に15〜500倍)程度である。表面導体層の厚み比が小さ過ぎると、電気特性が低下する虞があり、逆に厚過ぎると、コスト的に不利である。 The surface conductor layer is thicker than the bonding layer, and the average thickness of the surface conductor layer can be selected from a range of about 3 to 5000 times the average thickness of the bonding layer, for example, 5 to 3000 times (for example, 5 to 5). It is about 1000 times), preferably 8 to 2000 times (for example, 10 to 1500 times), and more preferably 10 to 1000 times (particularly 15 to 500 times). If the thickness ratio of the surface conductor layer is too small, the electrical characteristics may deteriorate, and conversely, if it is too thick, it is disadvantageous in terms of cost.
(メッキ層)
本発明のメタライズ基板は、前記表面導体層にさらにメッキ層が積層されていてもよい。メッキ層としては、金属種は特に限定されず、例えば、銅メッキ、ニッケルメッキ、銀メッキ、ニッケル金メッキ、ニッケルパラジウム金メッキ、錫メッキ、はんだメッキなどが挙げられる。これらのうち、金、銀、パラジウム、白金などの貴金属を含むメッキ層が好ましく、特に、第2のエッチング工程としてリフトオフ法でパターンを形成する場合に有効である。
(Plating layer)
In the metallized substrate of the present invention, a plating layer may be further laminated on the surface conductor layer. The metal type is not particularly limited as the plating layer, and examples thereof include copper plating, nickel plating, silver plating, nickel gold plating, nickel palladium gold plating, tin plating, and solder plating. Of these, a plating layer containing a noble metal such as gold, silver, palladium, or platinum is preferable, and is particularly effective when a pattern is formed by a lift-off method as a second etching step.
メッキ層は、乾式メッキ層であってもよいが、膜厚を容易に調整できる湿式メッキ層が好ましい。湿式メッキとしては、例えば、電気メッキ、無電解メッキなどが挙げられる。さらに、メッキ方法としては、メッキ金属種やメッキ膜厚を幅広く選択できる点から、電気メッキが特に好ましい。 The plating layer may be a dry plating layer, but a wet plating layer whose film thickness can be easily adjusted is preferable. Examples of wet plating include electroplating and electroless plating. Further, as the plating method, electroplating is particularly preferable because a wide range of plating metal types and plating film thicknesses can be selected.
メッキ層の平均厚み(複数のメッキ層を積層する場合、総厚み)は、例えば0.5〜30μm、好ましくは1〜10μm、さらに好ましくは1.5〜5μm(特に2〜4μm)程度である。 The average thickness of the plating layers (total thickness when a plurality of plating layers are laminated) is, for example, about 0.5 to 30 μm, preferably 1 to 10 μm, and more preferably 1.5 to 5 μm (particularly 2 to 4 μm). ..
[メタライズ基板の製造方法]
本発明のメタライズ基板は、絶縁性基板の表面に、活性金属層を含む接合層を形成する接合層形成工程、接合層の上に、金属粒子及び有機ビヒクルを含む表面導体層用導体ペーストを塗布する導体塗布工程、塗布した前記導体ペーストに含まれる金属粒子の焼結温度以上に加熱して導体ペーストを焼成し、導体を含み、かつ多孔質構造を有する表面導体層を形成する導体焼成工程を経て得てもよい。
[Manufacturing method of metallized substrate]
The metallized substrate of the present invention has a bonding layer forming step of forming a bonding layer including an active metal layer on the surface of an insulating substrate, and a conductor paste for a surface conductor layer containing metal particles and an organic vehicle is applied on the bonding layer. The conductor coating step is performed, and the conductor coating step is performed by heating the metal particles contained in the coated conductor paste to a temperature equal to or higher than the sintering temperature to fire the conductor paste to form a surface conductor layer containing a conductor and having a porous structure. You may get it through.
(接合層形成工程)
接合層形成工程では、絶縁性基板の表面に、活性金属層を含む接合層を積層すればよく、活性金属層を形成した後、活性金属層の上に、さらに非透過層及び/又は親和層を積層してもよい。
(Joint layer forming process)
In the bonding layer forming step, a bonding layer containing an active metal layer may be laminated on the surface of the insulating substrate. After forming the active metal layer, a non-permeable layer and / or an affinity layer is further formed on the active metal layer. May be laminated.
また、接合層は絶縁性基板の表面全面に形成してもよく、絶縁性基板の表面にパターン形状で形成してもよい。パターンを形成する方法としては、慣用の方法を利用でき、例えば、マスクを用いる方法、フォトレジストパターンを基板表面に形成した後、露出部に接合層を形成する方法、基板表面の全面に接合層を形成した後、フォトリソグラフィーとエッチングとでパターンを形成する方法などが挙げられる。 Further, the bonding layer may be formed on the entire surface of the insulating substrate or may be formed in a pattern shape on the surface of the insulating substrate. As a method for forming the pattern, a conventional method can be used, for example, a method using a mask, a method of forming a photoresist pattern on the surface of a substrate and then forming a bonding layer on an exposed portion, a method of forming a bonding layer on the entire surface of the substrate, and a bonding layer on the entire surface of the substrate. After forming the pattern, a method of forming a pattern by photolithography and etching can be mentioned.
接合層の形成方法としては、物理蒸着法(PVD法)、化学蒸着法(CVD法)などを利用できるが、容易に金属膜を形成できる点から、物理蒸着法が好ましい。物理蒸着法としては、例えば、真空蒸着法、フラッシュ蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシー法、レーザーアブレーション法などが挙げられる。これらのうち、安定して大量に処理できる点から、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法が好ましい。また、物理的なエネルギーが高く、形成された金属膜と絶縁性基板との間の密着力を向上できる点から、スパッタリング法が特に好ましい。スパッタリング法は、慣用の条件で利用できる。 As a method for forming the bonding layer, a physical vapor deposition method (PVD method), a chemical vapor deposition method (CVD method), or the like can be used, but the physical vapor deposition method is preferable because a metal film can be easily formed. Examples of the physical vapor deposition method include a vacuum vapor deposition method, a flash vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a molecular beam epitaxy method, and a laser ablation method. Of these, the sputtering method, the vacuum vapor deposition method, and the ion plating method are preferable from the viewpoint of being able to stably process a large amount. Further, the sputtering method is particularly preferable because it has high physical energy and can improve the adhesion between the formed metal film and the insulating substrate. Sputtering methods can be used under conventional conditions.
(導体塗布工程)
導体塗布工程では、接合層の上に、金属粒子及び有機ビヒクルを含む表面導体層用導体ペースト(金属ペースト又は導電性ペースト)を塗布する。
(Conductor coating process)
In the conductor coating step, a conductor paste (metal paste or conductive paste) for a surface conductor layer containing metal particles and an organic vehicle is coated on the bonding layer.
導体ペーストとしては、前記導電性金属で形成された金属粒子を含む。金属粒子の平均粒径(中心粒径)は、100μm以下(特に50μm以下)程度であり、例えば0.001〜50μm、好ましくは0.01〜20μm、さらに好ましくは0.1〜10μm程度である。特に、金属粒子がCu粒子である場合、金属粒子の平均粒径は、例えば0.1〜3μm、好ましくは0.2〜2μm、さらに好ましくは0.3〜1μm程度である。金属粒子がAg粒子である場合、金属粒子の平均粒径は、例えば0.1〜2μm、好ましくは0.1〜1.5μm、さらに好ましくは0.1〜1μm程度である。金属粒子の平均粒径が小さすぎると、導体ペーストの粘度が上昇して取り扱い性が困難となる虞があり、大きすぎると、緻密性向上効果が低下する虞がある。 The conductor paste contains metal particles formed of the conductive metal. The average particle size (center particle size) of the metal particles is about 100 μm or less (particularly 50 μm or less), for example, 0.001 to 50 μm, preferably 0.01 to 20 μm, and more preferably about 0.1 to 10 μm. .. In particular, when the metal particles are Cu particles, the average particle size of the metal particles is, for example, 0.1 to 3 μm, preferably 0.2 to 2 μm, and more preferably about 0.3 to 1 μm. When the metal particles are Ag particles, the average particle size of the metal particles is, for example, 0.1 to 2 μm, preferably 0.1 to 1.5 μm, and more preferably about 0.1 to 1 μm. If the average particle size of the metal particles is too small, the viscosity of the conductor paste may increase and handleability may become difficult, and if it is too large, the effect of improving the denseness may decrease.
金属粒子は、ペースト中の金属含有量を向上でき、表面導体層の緻密性及び導電性を向上できる点から、粒径1μm未満(例えば1nm以上1μm未満)の金属小粒子と粒径1〜50μmの金属大粒子とを組み合わせてもよい。金属小粒子の平均粒径(中心粒径)は0.01〜0.9μm(特に0.1〜0.8μm)程度の範囲から選択できる。金属大粒子の平均粒径(中心粒径)は1.5〜30μm(特に2〜10μm)程度の範囲から選択できる。金属小粒子と金属大粒子との配合比は、体積比として、例えば、金属小粒子/金属大粒子=10/90〜50/50、好ましくは20/80〜40/60、さらに好ましくは25/75〜35/65程度である。 The metal particles have a particle size of less than 1 μm (for example, 1 nm or more and less than 1 μm) and a particle size of 1 to 50 μm from the viewpoint that the metal content in the paste can be improved and the density and conductivity of the surface conductor layer can be improved. May be combined with large metal particles of. The average particle size (center particle size) of the small metal particles can be selected from the range of about 0.01 to 0.9 μm (particularly 0.1 to 0.8 μm). The average particle size (center particle size) of the large metal particles can be selected from the range of about 1.5 to 30 μm (particularly 2 to 10 μm). The mixing ratio of the small metal particles to the large metal particles is, for example, as a volume ratio, for example, small metal particles / large metal particles = 10/90 to 50/50, preferably 20/80 to 40/60, and more preferably 25 /. It is about 75 to 35/65.
金属粒子の粒径の測定方法としては、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置や透過型電子顕微鏡(TEM)で測定でき、詳しくは後述する実施例に記載の方法で測定できる。 As a method for measuring the particle size of the metal particles, it can be measured with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device or a transmission electron microscope (TEM), and in detail, it can be measured by the method described in Examples described later.
有機ビヒクルには、有機バインダー、分散媒(有機溶媒)などが含まれる。なお、前述の金属コロイド粒子に含まれる保護コロイド(カルボン酸や高分子分散剤など)も有機ビヒクルに含まれる。有機ビヒクルは、有機バインダーと分散媒との組み合わせであってもよい。 The organic vehicle includes an organic binder, a dispersion medium (organic solvent), and the like. The protective colloid (carboxylic acid, polymer dispersant, etc.) contained in the above-mentioned metal colloid particles is also contained in the organic vehicle. The organic vehicle may be a combination of an organic binder and a dispersion medium.
有機バインダーとしては、例えば、熱可塑性樹脂(オレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、セルロース誘導体など)、熱硬化性樹脂(熱硬化性アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂など)などが挙げられる。これらの有機バインダーは、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの有機バインダーのうち、アクリル系樹脂(ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレートなど)、セルロース誘導体(ニトロセルロース、エチルセルロース、ブチルセルロース、酢酸セルロースなど)、ポリエーテル類(ポリオキシメチレンなど)、ポリビニル類(ポリブタジエン、ポリイソプレンなど)などが汎用され、熱分解性などの点から、ポリ(メタ)アクリル酸メチルやポリ(メタ)アクリル酸ブチルなどのポリ(メタ)アクリル酸C1−10アルキルエステルが好ましい。 Examples of the organic binder include thermoplastic resins (olefin resins, vinyl resins, acrylic resins, styrene resins, polyether resins, polyester resins, polyamide resins, cellulose derivatives, etc.) and thermosetting resins (cell curable resins). Thermosetting acrylic resin, epoxy resin, phenol resin, unsaturated polyester resin, polyurethane resin, etc.) and the like can be mentioned. These organic binders can be used alone or in combination of two or more. Among these organic binders, acrylic resins (polymethylmethacrylate, polybutylmethacrylate, etc.), cellulose derivatives (nitrocellulose, ethylcellulose, butylcellulose, cellulose acetate, etc.), polyethers (polyoxymethylene, etc.), polyvinyls (polyoxymethylene, etc.) Polybutadiene, polyisoprene, etc.) are widely used, and poly (meth) acrylate C 1-10 alkyl esters such as methyl poly (meth) acrylate and butyl poly (meth) acrylate are preferable from the viewpoint of thermodegradability. ..
分散媒としては、例えば、芳香族炭化水素(パラキシレンなど)、エステル類(乳酸エチルなど)、ケトン類(イソホロンなど)、アミド類(ジメチルホルムアミドなど)、脂肪族アルコール(オクタノール、デカノール、ジアセトンアルコールなど)、セロソルブ類(メチルセロソルブ、エチルセロソルブなど)、セロソルブアセテート類(エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテートなど)、カルビトール類(カルビトール、メチルカルビトール、エチルカルビトールなど)、カルビトールアセテート類(エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテートなど)、脂肪族多価アルコール類(エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、トリエチレングリコール、グリセリンなど)、脂環族アルコール類[例えば、シクロヘキサノールなどのシクロアルカノール類;テルピネオール、ジヒドロテルピネオールなどのテルペンアルコール類(モノテルペンアルコールなど)など]、芳香族アルコール類(メタクレゾールなど)、芳香族カルボン酸エステル類(ジブチルフタレート、ジオクチルフタレートなど)、窒素含有複素環化合物(ジメチルイミダゾール、ジメチルイミダゾリジノンなど)などが挙げられる。これらの分散媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの分散媒のうち、ペーストの流動性や塗布性などの点から、ペンタンジオールなどの脂肪族多価アルコール、テルピネオールなどの脂環族アルコールが好ましい。 Examples of the dispersion medium include aromatic hydrocarbons (paraxylene, etc.), esters (ethyl lactate, etc.), ketones (isophorone, etc.), amides (dimethylformamide, etc.), and aliphatic alcohols (octanol, decanol, diacetone, etc.). Alcohol, etc.), cellosolves (methyl cellosolve, ethyl cellosolve, etc.), cellosolve acetates (ethyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, etc.), carbitols (carbitol, methyl carbitol, ethyl carbitol, etc.), carbitol acetates (calcitol, methyl carbitol, ethyl carbitol, etc.) Ethyl carbitol acetate, butyl carbitol acetate, etc.), aliphatic polyhydric alcohols (ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, butanediol, pentanediol, triethylene glycol, glycerin, etc.), alicyclic alcohols [for example, Cycloalkanols such as cyclohexanol; terpen alcohols such as terpineol and dihydroterpineol (monoterpene alcohol, etc.)], aromatic alcohols (metacresol, etc.), aromatic carboxylic acid esters (dibutylphthalate, dioctylphthalate, etc.) , Nitrogen-containing heterocyclic compounds (dimethylimidazole, dimethylimidazolidinone, etc.) and the like. These dispersion media can be used alone or in combination of two or more. Among these dispersion media, an aliphatic polyhydric alcohol such as pentanediol and an alicyclic alcohol such as terpineol are preferable from the viewpoint of the fluidity and coatability of the paste.
有機バインダーと分散媒とを組み合わせる場合、有機バインダーの割合は、分散媒100質量部に対して、例えば1〜200質量部、好ましくは5〜100質量部、さらに好ましくは10〜50質量部程度である。 When the organic binder and the dispersion medium are combined, the ratio of the organic binder is, for example, 1 to 200 parts by mass, preferably 5 to 100 parts by mass, and more preferably about 10 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dispersion medium. be.
有機ビヒクルの割合は、金属粒子100質量部に対して50質量部以下であってもよく、例えば1〜50質量部、好ましくは3〜40質量部、さらに好ましくは5〜30質量部(特に10〜20質量部)程度である。有機ビヒクルの割合が大きすぎると、塗布後の乾燥や焼成による導体ペーストの収縮率が大きくなり、隙間が発生する虞がある。 The ratio of the organic vehicle may be 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the metal particles, for example, 1 to 50 parts by mass, preferably 3 to 40 parts by mass, and more preferably 5 to 30 parts by mass (particularly 10). ~ 20 parts by mass). If the proportion of the organic vehicle is too large, the shrinkage rate of the conductor paste due to drying or firing after coating becomes large, and there is a possibility that gaps may occur.
導体ペーストは、焼結挙動、熱膨張係数、密着力の調整などの目的で、さらに充填材や無機バインダーを含んでいてもよい。充填材としてはアルミナ粉、シリカ粉など、無機バインダーとしては、例えば、低融点のガラス粉などが挙げられる。 The conductor paste may further contain a filler or an inorganic binder for the purpose of adjusting the sintering behavior, the coefficient of thermal expansion, the adhesion, and the like. Examples of the filler include alumina powder and silica powder, and examples of the inorganic binder include glass powder having a low melting point.
導電性ペーストの塗布方法としては、例えば、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、ディスペンサー塗布、ローラーコーター塗布、スピンコート塗布、スプレー塗布、浸漬(ディップ)塗布などを利用できる。印刷(塗布)形状は、全面塗布(ベタ印刷)であってもよく、直接パターン印刷であってもよい。直接パターン印刷ではパターン形状の精度が低下する虞があるが、工程が簡素であり、かつ低コストである。また、接合層をパターン形状に形成した場合は、接合層のパターンの上に、スクリーン印刷などにより、接合層のパターンと同一の形状を印刷してもよい。 As a method for applying the conductive paste, for example, screen printing, offset printing, inkjet printing, dispenser coating, roller coater coating, spin coating coating, spray coating, dip coating and the like can be used. The printing (coating) shape may be full surface coating (solid printing) or direct pattern printing. In direct pattern printing, the accuracy of the pattern shape may decrease, but the process is simple and the cost is low. When the bonding layer is formed into a pattern shape, the same shape as the pattern of the bonding layer may be printed on the pattern of the bonding layer by screen printing or the like.
導体塗布工程において、導体ペーストの塗布前に、接合層を備えた絶縁性基板を不活性ガス雰囲気中で加熱してアニール処理してもよい。アニール処理は、必須ではないが、接合層の種類によっては、アニール処理することなく、焼成工程に供して前記絶縁性基板を高温で焼成すると、焼成時に導体ペーストの金属と接合層とが合金化し、接合層が表面導体層に取り込まれて消失することにより、表面導体層部と絶縁性基板との密着力が低下する虞がある。一方、アニール処理に供することにより、接合層の活性金属は導体ペーストの金属との合金化よりも、絶縁性基板の表面と優先的に反応し、表面に強固な接合層を形成して密着力が向上するとともに、接合層中の異なる金属の合金化も起こる。その結果、導体ペースト焼成時の接合層の金属成分と導体ペーストの金属との合金化を抑制でき、密着力を向上できる。 In the conductor coating step, the insulating substrate provided with the bonding layer may be heated in an inert gas atmosphere for annealing before coating the conductor paste. Annealing treatment is not essential, but depending on the type of bonding layer, if the insulating substrate is fired at a high temperature for firing without annealing, the metal of the conductor paste and the bonding layer are alloyed during firing. Since the bonding layer is taken into the surface conductor layer and disappears, the adhesion between the surface conductor layer portion and the insulating substrate may decrease. On the other hand, by subjecting to the annealing treatment, the active metal of the bonding layer reacts preferentially with the surface of the insulating substrate rather than alloying the conductor paste with the metal, forming a strong bonding layer on the surface and adhering force. Along with the improvement, alloying of different metals in the bonding layer also occurs. As a result, the alloying of the metal component of the bonding layer and the metal of the conductor paste at the time of firing the conductor paste can be suppressed, and the adhesion can be improved.
アニール処理における加熱温度は、400℃以上であり、かつ接合層を構成する全ての金属種の中で最も低融点の金属の融点、及び接合層を構成する合金の融点のいずれか低い方の融点以下の温度であればよく、金属種に応じて選択できる。具体的な加熱温度は、例えば400〜1500℃、好ましくは500〜1200℃、さらに好ましくは600〜1100℃(特に700〜1000℃)程度である。加熱温度が低すぎると、接合層と絶縁性基板との密着力を向上する効果が小さくなる虞があり、高すぎると、金属成分が溶融移動して接合層の均一性が低下したり、基板素地の一部が露出する虞がある。 The heating temperature in the annealing treatment is 400 ° C. or higher, and the melting point of the metal having the lowest melting point among all the metal species constituting the bonding layer and the melting point of the alloy constituting the bonding layer, whichever is lower. The temperature may be as follows, and can be selected according to the metal type. The specific heating temperature is, for example, 400 to 1500 ° C, preferably 500 to 1200 ° C, and more preferably 600 to 1100 ° C (particularly 700 to 1000 ° C). If the heating temperature is too low, the effect of improving the adhesion between the bonding layer and the insulating substrate may be reduced, and if it is too high, the metal components may melt and move, resulting in a decrease in the uniformity of the bonding layer or the substrate. There is a risk that part of the substrate will be exposed.
加熱時間は、例えば1分以上であってもよく、例えば1分〜1時間、好ましくは3〜30分、さらに好ましくは5〜20分程度である。加熱時間が短すぎると、接合層と基板との密着力を向上する効果が小さくなる虞がある。 The heating time may be, for example, 1 minute or more, for example, 1 minute to 1 hour, preferably 3 to 30 minutes, and more preferably about 5 to 20 minutes. If the heating time is too short, the effect of improving the adhesion between the bonding layer and the substrate may be reduced.
アニール処理は、空気中などの活性ガス雰囲気下で行ってもよいが、活性金属が酸化せず接合層を効率よく形成して基板との密着性を向上できる点から、真空中や不活性ガス(例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなど)雰囲気中で行うのが好ましい。 The annealing treatment may be performed in an active gas atmosphere such as in air, but since the active metal does not oxidize and the bonding layer can be efficiently formed to improve the adhesion to the substrate, the annealing treatment can be performed in vacuum or in an inert gas. It is preferably carried out in an atmosphere (for example, nitrogen gas, argon gas, helium gas, etc.).
(導体焼成工程)
導体焼成工程では、塗布した前記導体ペーストに含まれる金属粒子の焼結温度以上に加熱して導体ペーストを焼成し、表面導体層を形成する。
(Conductor firing process)
In the conductor firing step, the conductor paste is fired by heating it to a temperature equal to or higher than the sintering temperature of the metal particles contained in the applied conductor paste to form a surface conductor layer.
導体焼成工程において、焼成温度は、表面導体層用導電性ペースト中の金属粒子の焼結温度以上であればよい。焼成温度は、例えば、500℃以上であってもよく、例えば500〜1500℃、好ましくは550〜1200℃、さらに好ましくは600〜1000℃程度である。焼成時間は、例えば10分〜3時間、好ましくは20分〜3時間、さらに好ましくは30分〜2時間程度である。 In the conductor firing step, the firing temperature may be equal to or higher than the sintering temperature of the metal particles in the conductive paste for the surface conductor layer. The firing temperature may be, for example, 500 ° C. or higher, for example, 500 to 1500 ° C., preferably 550 to 1200 ° C., and more preferably 600 to 1000 ° C. The firing time is, for example, 10 minutes to 3 hours, preferably 20 minutes to 3 hours, and more preferably about 30 minutes to 2 hours.
なお、焼成の雰囲気は、金属粒子の種類に応じて選択でき、Agなどの貴金属粒子では、特に限定されず、空気中であってもよいが、Cuなどの金属粒子では、通常、不活性ガス(例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなど)雰囲気中が好ましい。 The firing atmosphere can be selected according to the type of metal particles, and is not particularly limited for noble metal particles such as Ag and may be in the air, but for metal particles such as Cu, an inert gas is usually used. In an atmosphere (for example, nitrogen gas, argon gas, helium gas, etc.) is preferable.
(エッチング工程)
接合層形成工程や導体塗布工程において、パターンを形成しない場合、通常、焼成して得られた表面導体層はエッチング工程に供される。エッチング工程では、レジストパターンを利用して表面導体層及び接合層にパターンが形成される。エッチング工程には、レジストパータンを表面導体層及び接合層のパターンとして形成する第1のエッチング工程や、レジストパターンを除く領域を表面導体層及び接合層のパターンとして形成する第2のエッチング工程(リフトオフ法)などが含まれる。
(Etching process)
When a pattern is not formed in the bonding layer forming step or the conductor coating step, the surface conductor layer obtained by firing is usually subjected to an etching step. In the etching process, a resist pattern is used to form a pattern on the surface conductor layer and the bonding layer. The etching step includes a first etching step of forming a resist pattern as a pattern of a surface conductor layer and a bonding layer, and a second etching step (lift-off) of forming a region other than the resist pattern as a pattern of a surface conductor layer and a bonding layer. Law) etc. are included.
詳しくは、第1のエッチング工程では、導体焼成工程で得られた表面導体層の上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンが形成されていない露出領域の表面導体層及び接合層を除去し、さらにレジストパターンを除去する。一方、第2のエッチング工程(リフトオフ法)では、導体焼成工程で得られた表面導体層の上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンが形成されていない露出領域の表面導体層の表面に貴金属を含むメッキ層を形成した後、レジストパターンを剥離し、メッキ層が形成されてない露出領域の表面導体層及び接合層を除去する。レジストパターンを形成してエッチング処理を行うことにより、直接印刷法で対応できない微細なパターンや高精度なパターンの形成が可能になる。 Specifically, in the first etching step, after forming a resist pattern on the surface conductor layer obtained in the conductor firing step, the surface conductor layer and the bonding layer in the exposed region where the resist pattern is not formed are removed. Further, the resist pattern is removed. On the other hand, in the second etching step (lift-off method), after forming a resist pattern on the surface conductor layer obtained in the conductor firing step, a noble metal is formed on the surface of the surface conductor layer in the exposed region where the resist pattern is not formed. After forming the plating layer containing the above, the resist pattern is peeled off to remove the surface conductor layer and the bonding layer in the exposed region where the plating layer is not formed. By forming a resist pattern and performing an etching process, it is possible to form a fine pattern or a highly accurate pattern that cannot be handled by the direct printing method.
レジストパターンの形成方法としては、特に限定されず、慣用の方法を利用でき、例えば、レジストの直接パターン印刷、又はリソグラフィー法などを利用できる。 The method for forming the resist pattern is not particularly limited, and a conventional method can be used. For example, direct pattern printing of the resist, a lithography method, or the like can be used.
表面導体層及び接合層の除去方法としては、特に限定されず、慣用の方法を利用でき、例えば、湿式エッチング、ドライエッチング、ブラスト、レーザーなどが挙げられる。 The method for removing the surface conductor layer and the bonding layer is not particularly limited, and a conventional method can be used, and examples thereof include wet etching, dry etching, blasting, and laser.
レジストパターンの除去方法としては、特に限定されず、慣用の方法を利用でき、例えば、剥離除去などが挙げられる。 The method for removing the resist pattern is not particularly limited, and a conventional method can be used, and examples thereof include peeling removal.
第2のエッチング工程において、貴金属を含むメッキ層の形成方法としては、後述するメッキ工程と同様の方法を利用できる。 In the second etching step, as a method for forming the plating layer containing a noble metal, the same method as the plating step described later can be used.
なお、表面導体層及び接合層が、全面塗布(ベタ印刷)ではなく、直接パターン印刷で形成される場合にはエッチング工程は不要である。 If the surface conductor layer and the bonding layer are formed by direct pattern printing instead of full surface coating (solid printing), the etching step is not required.
(接合層除去工程)
導体塗布工程において、表面導体層用導体ペーストをパターン印刷した場合、接合層除去工程において、形成されたパターンにおいて隣り合う表面導体層と表面導体層との間に存在する接合層を除去してパターン間の絶縁性を実現する。
(Joint layer removal process)
When the conductor paste for the surface conductor layer is printed in a pattern in the conductor coating step, the bonding layer existing between the adjacent surface conductor layers and the surface conductor layers in the formed pattern is removed in the bonding layer removing step to remove the pattern. Achieves insulation between.
接合層の除去方法としては、特に限定されず、慣用の方法を利用でき、例えば、湿式エッチング、ドライエッチング、ブラスト、レーザーなどが挙げられる。 The method for removing the bonding layer is not particularly limited, and a conventional method can be used, and examples thereof include wet etching, dry etching, blasting, and laser.
(メッキ工程)
得られた表面導体層は、リフトオフ法で表面導体層にメッキ層を形成した場合を除き、更なる導電性の向上や、酸化防止や半田濡れ性向上などの要求に応じて、メッキ処理される。メッキ方法としては、特に限定されず、慣用の方法を利用でき、例えば、電気メッキ法、無電解メッキ法などの化学メッキ法などを利用できる。電気メッキ法としては、特に限定されず、メッキ種に応じてメッキ薬品メーカの推奨条件で行えばよい。無電解メッキの方法としては、特に限定されず、メッキ種に応じて慣用の条件で行えばよい。
(Plating process)
The obtained surface conductor layer is plated according to demands for further improvement of conductivity, oxidation prevention, solder wettability, etc., except when a plating layer is formed on the surface conductor layer by the lift-off method. .. The plating method is not particularly limited, and a conventional method can be used. For example, a chemical plating method such as an electroplating method or an electroless plating method can be used. The electroplating method is not particularly limited, and may be performed under the conditions recommended by the plating chemical manufacturer according to the plating type. The method of electroless plating is not particularly limited, and may be performed under conventional conditions depending on the type of plating.
なお、エッチング工程とメッキ工程との順番を逆にしてもよい。その場合、レジスト膜を形成した後、露出部に対してメッキを行う(この場合レジスト膜はエッチングレジストではなく、メッキレジストである)。メッキ後にレジスト膜を剥離除去し、レジスト膜の剥離により露出した導体膜をエッチングにより除去する。この場合、最上層のメッキ膜がAuなどで形成された耐エッチング性を有する層であれば、メッキ膜自身がエッチングレジストとして機能する。 The order of the etching process and the plating process may be reversed. In that case, after forming the resist film, the exposed portion is plated (in this case, the resist film is not an etching resist but a plating resist). After plating, the resist film is peeled off and removed, and the conductor film exposed by the peeling of the resist film is removed by etching. In this case, if the uppermost plating film is an etching resistant layer formed of Au or the like, the plating film itself functions as an etching resist.
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた導体ペーストの調製方法、実施例及び比較例で得られた配線基板の評価試験の測定方法を以下に示す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. The method for preparing the conductor paste used in Examples and Comparative Examples, and the measurement method for the evaluation test of the wiring board obtained in Examples and Comparative Examples are shown below.
[導体ペーストの調製方法]
(原料)
中心粒径(D50)7μmのCu粒子:三井金属鉱業(株)製
中心粒径(D50)0.8μmのCu粒子:三井金属鉱業(株)製
中心粒径(D50)0.25μmのAg粒子:三井金属鉱業(株)製
ガラス粒子:平均粒径3μmのホウケイ酸亜鉛系ガラス粉末、軟化点565℃
有機ビヒクル:有機バインダーであるアクリル樹脂と、有機溶媒であるカルビトール及びテルピネオールの混合溶媒(質量比1:1)とを、有機バインダー:有機溶媒=1:3の質量比で混合した混合物。
[Preparation method of conductor paste]
(material)
Cu particles with a central particle size (D50) of 7 μm: manufactured by Mitsui Metal Mining Co., Ltd. Cu particles with a central particle size (D50) of 0.8 μm: Ag particles with a central particle size (D50) of 0.25 μm : Mitsui Metal Mining Co., Ltd. Glass particles: Zinc borosilicate glass powder with an average particle size of 3 μm, softening point 565 ° C
Organic vehicle: A mixture of an acrylic resin which is an organic binder and a mixed solvent (mass ratio 1: 1) of carbitol and terpineol which are organic solvents in a mass ratio of organic binder: organic solvent = 1: 3.
(導体ペーストの調製例)
表1及び2に示す組成で各原料を秤量し、ミキサーにより混合した後、三本ロールで均一に混練することによって、表面導体層用Cuペースト、表面導体層用Agペーストを調製した。
(Example of preparation of conductor paste)
Each raw material was weighed according to the compositions shown in Tables 1 and 2, mixed with a mixer, and then uniformly kneaded with three rolls to prepare a Cu paste for the surface conductor layer and an Ag paste for the surface conductor layer.
[導体の空隙率]
導体ペースト中に含まれる有機成分の割合(体積率)及び焼成による収縮率に基づいて、下記式によって算出した。
[Porosity of conductor]
It was calculated by the following formula based on the ratio (volume fraction) of the organic component contained in the conductor paste and the shrinkage ratio due to firing.
空隙率(v/v%)=(導体ペースト中の有機成分体積率−焼成収縮率)/(1−焼成収縮率)×100
(式中、焼成収縮率(v/v%)=[(印刷後膜厚−焼成後膜厚)/印刷後膜厚]×100である)。
Porosity (v / v%) = (volume fraction of organic components in conductor paste-firing shrinkage) / (1-firing shrinkage) x 100
(In the formula, the firing shrinkage rate (v / v%) = [(film thickness after printing-film thickness after firing) / film thickness after printing] × 100).
本発明において、表面導体層用ペーストは活性金属接合層上に形成するため、セラミックス基板と密着するためのガラス成分を配合する必要がない。一方、表面導体層用CuペーストBは、基板表面に活性金属接合層を形成しない比較例に使用するペーストとして、基板と密着するようにガラス成分を配合した。 In the present invention, since the paste for the surface conductor layer is formed on the active metal bonding layer, it is not necessary to add a glass component for adhering to the ceramic substrate. On the other hand, Cu paste B for the surface conductor layer contains a glass component so as to be in close contact with the substrate as a paste used in a comparative example in which an active metal bonding layer is not formed on the surface of the substrate.
[金属粒子の平均粒径]
Cu粒子及びAg粒子の平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置で測定した。
[Average particle size of metal particles]
The average particle size of Cu particles and Ag particles was measured with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device.
[金属膜の厚み]
活性金属層及びバリア層について、蛍光X線膜厚計により、5点の平均厚みを測定した。
[Thickness of metal film]
The average thickness of the active metal layer and the barrier layer was measured at 5 points by a fluorescent X-ray film thickness meter.
[密着力試験(密着性)]
基板表面に形成した2×2mm角の導体パターンに対して、先端部面積1mm2のスタッドピンをハンダ(63Sn/37Pb)により垂直に接合し、試験片とした。その試験片(焼成基板)を固定し、引張試験機のチャック部でスタッドピンを掴み、上昇速度33mm/分で垂直上方へ引っ張り、導体膜(表面導体層)が絶縁性基板から剥離する時の破壊荷重を測定した。そして、得られた破壊荷重の測定値と、導体膜の破壊面積から、下記式を用いて密着強度を算出した。
[Adhesion test (adhesion)]
A stud pin having a tip area of 1 mm 2 was vertically joined to a 2 × 2 mm square conductor pattern formed on the surface of the substrate by solder (63Sn / 37Pb) to obtain a test piece. When the test piece (fired substrate) is fixed, the stud pin is grasped by the chuck part of the tensile tester, and the test piece is pulled vertically upward at an ascending speed of 33 mm / min, and the conductor film (surface conductor layer) is peeled off from the insulating substrate. The breaking load was measured. Then, the adhesion strength was calculated from the obtained measured value of the fracture load and the fracture area of the conductor film using the following formula.
密着強度(MPa)=破壊荷重(kgf)/破壊面積(mm2)×9.8(N/kgf)。 Adhesion strength (MPa) = breaking load (kgf) / breaking area (mm 2 ) x 9.8 (N / kgf).
なお、測定値は6点の平均とした。密着力は、算出した密着強度の平均値について、以下の基準で評価した。 The measured value was the average of 6 points. The adhesion was evaluated based on the following criteria with respect to the calculated average value of the adhesion strength.
○:50MPa以上
×:50MPa未満。
◯: 50 MPa or more ×: less than 50 MPa.
[エッチング適性試験(エッチング性)]
エッチング後のパターンを60倍の顕微鏡により観察し、パターン形状や導体の除去状況を確認し、以下の基準で評価した。
[Etching aptitude test (etchability)]
The pattern after etching was observed with a microscope of 60 times, the pattern shape and the removal state of the conductor were confirmed, and the evaluation was made according to the following criteria.
○(合格):パターン形状は矩形で、パターンの裾まで導体膜と接合層がきれいに除去されていた
×(不合格):基板表面や裾部に導体膜又は接合層の残留物が存在した。
◯ (Pass): The pattern shape was rectangular, and the conductor film and the bonding layer were cleanly removed up to the hem of the pattern.
以下、種々の条件を変えて効果を検証した結果を、実施例1〜23及び比較例1〜3として説明する。また、得られた耐熱試験、密着力試験及びエッチング適性試験の結果を表3及び4に示す。 Hereinafter, the results of verifying the effects under various conditions will be described as Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 to 3. The results of the obtained heat resistance test, adhesion test and etching aptitude test are shown in Tables 3 and 4.
実施例1
以下に示す方法で、配線基板を作製した。
Example 1
A wiring board was produced by the method shown below.
(接合層の形成工程)
2インチ×2インチ×0.635mm厚みのAlN基板((株)MARUWA製)の片面全面にスパッタリング法により活性金属層として厚み100nmのTi膜、バリア層として厚み150nmのPd膜をこの順で積層し、接合層を形成した。スパッタリング条件は、導入ガス:アルゴン、スパッタ圧力:0.5Pa、基板加熱温度:300℃とした。
(Formation process of bonding layer)
A Ti film with a thickness of 100 nm as an active metal layer and a Pd film with a thickness of 150 nm as a barrier layer are laminated in this order on the entire surface of one side of an AlN substrate (manufactured by MARUWA Co., Ltd.) having a thickness of 2 inches x 2 inches x 0.635 mm. And formed a bonding layer. The sputtering conditions were an introduction gas: argon, a sputtering pressure: 0.5 Pa, and a substrate heating temperature: 300 ° C.
(表面導体層(Cu)の形成工程)
接合層を形成した基板の片面に、表1に示す表面導体層用CuペーストA(Cu−A)を、250メッシュ、線径30μmのステンレス版を用いて全面に印刷した後、120℃、20分間乾燥した。基板を窒素雰囲気中、ピーク温度700℃、ピーク保持時間10分間焼成し、片面に膜厚約8μmの表面導体層(Cu膜)を焼き付けたメタライズ基板を得た。
(Step of forming the surface conductor layer (Cu))
Cu paste A (Cu-A) for the surface conductor layer shown in Table 1 was printed on one side of the substrate on which the bonding layer was formed on the entire surface using a 250 mesh stainless steel plate having a wire diameter of 30 μm, and then printed at 120 ° C., 20 ° C. Dry for minutes. The substrate was fired in a nitrogen atmosphere at a peak temperature of 700 ° C. and a peak holding time of 10 minutes to obtain a metallized substrate in which a surface conductor layer (Cu film) having a thickness of about 8 μm was baked on one side.
(エッチングレジストパターンの形成)
基板表面の不要な部分の導体膜を除去して所要のパターンを形成するために、基板片面のCu膜の表面に不要な部分が露出するようにエッチングレジストをパターン印刷し、120℃、30分乾燥してエッチング用レジスト膜を形成した。レジスト膜は、基板表面の導電膜の密着力を評価するための2mm×2mmのパターンなど必要な部分を隠すように形成している。
(Formation of etching resist pattern)
In order to remove the conductor film on the unnecessary part of the substrate surface and form the required pattern, the etching resist is pattern-printed so that the unnecessary part is exposed on the surface of the Cu film on one side of the substrate, and the temperature is 120 ° C. for 30 minutes. It was dried to form a resist film for etching. The resist film is formed so as to hide necessary parts such as a 2 mm × 2 mm pattern for evaluating the adhesion of the conductive film on the surface of the substrate.
(エッチング)
前記エッチングレジスト膜を形成した基板の露出したCu膜及びその下地接合層であるTi/Pd膜を、Cu/Pd/Tiを溶解できるエッチング液(和光純薬工業(株)製「TCL−2シリーズ」)に浸漬し除去した。その後、エッチングレジスト膜を剥離除去し、表面に所要な導体パターンが残留した配線基板を得た。
(etching)
An etching solution capable of dissolving Cu / Pd / Ti in the exposed Cu film of the substrate on which the etching resist film is formed and the Ti / Pd film which is the underlying bonding layer thereof ("TCL-2 series" manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. ”) And removed. Then, the etching resist film was peeled off to obtain a wiring board in which the required conductor pattern remained on the surface.
配線基板の形成は完了したが、Cu膜表面の酸化防止や、半田濡れ性、ワイヤボンディング性の向上などの目的に、導体パターンの最表面にメッキ膜を形成した。 Although the formation of the wiring board was completed, a plating film was formed on the outermost surface of the conductor pattern for the purpose of preventing oxidation of the Cu film surface, improving solder wettability and wire bonding property.
(Cu膜表面のNi/Auメッキ)
基板表面のCu膜に電気メッキによりニッケルメッキ膜、金メッキ膜をこの順で形成した。ニッケルメッキ膜はワット浴を用いて、電流密度2.0A/dm2、65℃の温度下で電気メッキを行い、2μm厚みのニッケル膜を形成した。金メッキ膜は、純金浴を用い、電流密度0.5A/dm2、70℃の温度下で行い、1μmの金膜を形成した。
(Ni / Au plating on the surface of Cu film)
A nickel-plated film and a gold-plated film were formed in this order on the Cu film on the surface of the substrate by electroplating. The nickel-plated film was electroplated using a watt bath at a current density of 2.0 A / dm 2 and a temperature of 65 ° C. to form a nickel film having a thickness of 2 μm. The gold-plated film was formed using a pure gold bath at a current density of 0.5 A / dm 2 and a temperature of 70 ° C. to form a gold film of 1 μm.
(評価)
前記工程で得られた配線基板を、表面導体層と基板間の密着力を評価する密着力試験及びエッチングによりパターンを形成する際、導体膜が良好にエッチングされているかのエッチング性の評価を行った。その結果、全ての評価項目において良好な結果が得られた。
(evaluation)
When the wiring board obtained in the above step is patterned by an adhesion test for evaluating the adhesion between the surface conductor layer and the substrate and etching, the etchability of the conductor film is evaluated. rice field. As a result, good results were obtained in all the evaluation items.
実施例2〜3
表面導体層用Cu膜の印刷を、印刷版を変更して焼成Cu膜厚をそれぞれ5μm及び12μmに変更した以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。両方のCu厚膜においても、耐熱性、密着力、エッチング性において有意差がなく、全て良好であった。従って、本発明では、要求に応じてCu膜厚を安価且つ容易に調整できる。
Examples 2-3
A wiring board was produced by the same method as in Example 1 except that the printing plate of the Cu film for the surface conductor layer was changed and the fired Cu film thickness was changed to 5 μm and 12 μm, respectively. In both Cu thick films, there was no significant difference in heat resistance, adhesion, and etching property, and all were good. Therefore, in the present invention, the Cu film thickness can be adjusted inexpensively and easily as required.
比較例1
接合層形成工程において、活性金属層(Ti膜)の形成を行わない以外は実施例1と同一の工法で配線基板を作製した。
Comparative Example 1
In the bonding layer forming step, a wiring board was produced by the same method as in Example 1 except that the active metal layer (Ti film) was not formed.
比較例2
接合層形成工程において、Ti膜とPd膜の形成を全て行わない以外は実施例1と同一の工法で配線基板を作製した。
Comparative Example 2
In the bonding layer forming step, a wiring board was produced by the same method as in Example 1 except that the Ti film and the Pd film were not completely formed.
比較例1は、基板との密着力に寄与する活性金属層が存在しないため、表面導体層の密着力が12MPaと非常に低く、エッチング中に一部の剥離が発生した。比較例2は、Ti膜とPd膜ともに存在しないため、Cuペースト膜が殆ど密着せず、容易に剥がれた。 In Comparative Example 1, since the active metal layer that contributes to the adhesion to the substrate does not exist, the adhesion of the surface conductor layer is as low as 12 MPa, and some peeling occurs during etching. In Comparative Example 2, since neither the Ti film nor the Pd film was present, the Cu paste film hardly adhered to each other and was easily peeled off.
これらの結果から、表面導体層用CuペーストAは、基板と反応して結合できる活性金属層が存在しない比較例1及び2では、表面Cu膜の密着性が得られないことが判明した。 From these results, it was found that the Cu paste A for the surface conductor layer could not obtain the adhesion of the surface Cu film in Comparative Examples 1 and 2 in which the active metal layer that could react with the substrate and could be bonded did not exist.
比較例3
表面導体層用CuペーストAの代わりに表面導体層用CuペーストBを使用した以外は比較例2と同一の方法で配線基板を作製した。CuペーストBにはガラス成分が配合しているため、活性金属層が存在しなくても基板と一定の密着力が得られる。また、CuペーストBの密着力を向上させるために、焼成温度は900℃にした。その結果、表面導体層が基板との密着力は、38MPaであり、活性金属接合層を有する実施例と比べると明らかに低かった。また、エッチング後に基板表面に銅膜の残留物が存在した。SEM−EDS分析により、エッチング残留物は主に銅ペースト中のガラス成分であり、Cu成分も残留物中に残存していることが分かった。これらの残留物は、基板の絶縁信頼性に悪影響を与える虞がある。
Comparative Example 3
A wiring board was produced by the same method as in Comparative Example 2 except that Cu paste B for the surface conductor layer was used instead of Cu paste A for the surface conductor layer. Since the Cu paste B contains a glass component, a certain degree of adhesion to the substrate can be obtained even if the active metal layer does not exist. Further, in order to improve the adhesion of Cu paste B, the firing temperature was set to 900 ° C. As a result, the adhesion of the surface conductor layer to the substrate was 38 MPa, which was clearly lower than that of the example having the active metal bonding layer. In addition, a copper film residue was present on the surface of the substrate after etching. SEM-EDS analysis revealed that the etching residue was mainly the glass component in the copper paste, and the Cu component also remained in the residue. These residues may adversely affect the insulation reliability of the substrate.
実施例4及び5
活性金属種としてTiの代わりにCr、Zrを使用した以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。密着力は多少低めの傾向があるものの、十分良好であった。
Examples 4 and 5
A wiring board was produced by the same method as in Example 1 except that Cr and Zr were used instead of Ti as the active metal species. The adhesion was good enough, although it tended to be slightly lower.
実施例6及び7
接合層形成工程において、バリア金属としてPdの代わりにPt、Niを使用した以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。全ての項目に良好な結果を得た。
Examples 6 and 7
In the bonding layer forming step, a wiring board was produced by the same method as in Example 1 except that Pt and Ni were used instead of Pd as the barrier metal. Good results were obtained for all items.
実施例8
接合層形成工程に、Ti、Pdの順で膜を形成した後、引き続きスパッタリング法によりPd膜の表面に親和層としてCuを0.2μm成膜した以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。その結果、耐熱性及びエッチング性は他の実施例と殆ど同じであるが、密着力は高くなった。密着力が向上した原因は、スパッタリング法によるCu膜(親和層)と、表面導体層となるCuペーストとを焼成時に一体化したためであると推定できる。
Example 8
In the bonding layer forming step, a film was formed in the order of Ti and Pd, and then 0.2 μm of Cu was formed as an affinity layer on the surface of the Pd film by a sputtering method, but the wiring board was formed by the same method as in Example 1. Was produced. As a result, the heat resistance and the etching property were almost the same as those of the other examples, but the adhesion was high. It can be presumed that the reason why the adhesion is improved is that the Cu film (affinity layer) produced by the sputtering method and the Cu paste serving as the surface conductor layer are integrated at the time of firing.
実施例9
接合層を形成した後、表面導体層用Cuペーストを印刷する前に、接合層を有する基板を窒素雰囲気中、ピーク温度700℃、ピーク温度保持時間10分間でアニール処理を行った以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。
Example 9
Examples except that the substrate having the bonding layer was annealed in a nitrogen atmosphere at a peak temperature of 700 ° C. and a peak temperature holding time of 10 minutes after forming the bonding layer and before printing the Cu paste for the surface conductor layer. A wiring board was produced by the same method as in 1.
実施例10
接合層を形成した後、表面導体層用Cuペーストを印刷する前に、接合層を有する基板を窒素雰囲気中、ピーク温度700℃、ピーク温度保持時間10分間でアニール処理を行った以外は実施例8と同一の方法で配線基板を作製した。
Example 10
Examples except that the substrate having the bonding layer was annealed in a nitrogen atmosphere at a peak temperature of 700 ° C. and a peak temperature holding time of 10 minutes after forming the bonding layer and before printing the Cu paste for the surface conductor layer. A wiring board was produced by the same method as in 8.
その結果、接合層のアニール処理により、導体膜の密着力は、実施例9及び10において、それぞれ82MPa、85MPaと一層向上した。密着力が向上した原因は、アニール処理により活性金属が優先的に基板と反応したためであると推定できる。一方、アニール処理せずに表面導体層用Cuペーストを印刷して同時に焼成すると、活性金属を含む接合層の金属成分の一部がCuペースト層へ拡散、合金化し、基板と反応する活性金属が減少すると推定できる。 As a result, the adhesion of the conductor film was further improved to 82 MPa and 85 MPa in Examples 9 and 10, respectively, by the annealing treatment of the bonding layer. It can be presumed that the reason why the adhesion is improved is that the active metal preferentially reacts with the substrate by the annealing treatment. On the other hand, when the Cu paste for the surface conductor layer is printed and fired at the same time without annealing, a part of the metal components of the bonding layer containing the active metal diffuses and alloys with the Cu paste layer, and the active metal reacts with the substrate. It can be estimated that it will decrease.
実施例11及び12
耐熱基板を、AlN基板の代わりに、それぞれアルミナ基板(京セラ(株)製「96%アルミナ」)、窒化珪素基板(東芝マテリアル(株)製)に変更した以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。2種の配線基板とも、全ての評価項目において良好であった。
Examples 11 and 12
The same method as in Example 1 except that the heat-resistant substrate was changed to an alumina substrate (“96% alumina” manufactured by Kyocera Corporation) and a silicon nitride substrate (manufactured by Toshiba Materials Co., Ltd.) instead of the AlN substrate, respectively. A wiring board was produced. Both types of wiring boards were good in all evaluation items.
実施例13
接合層を形成工程において、Pd金属膜(バリア層)を形成しない以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。その結果、実施例1と比較して導体膜密着力は53MPaと低下したが、耐熱性及びエッチング性は良好であった。密着性も通常のメタライズ膜として十分である。
Example 13
A wiring board was produced by the same method as in Example 1 except that a Pd metal film (barrier layer) was not formed in the process of forming the bonding layer. As a result, the adhesive force of the conductor film was reduced to 53 MPa as compared with Example 1, but the heat resistance and the etching property were good. Adhesion is also sufficient as a normal metallized film.
実施例14
接合層形成工程において、Ti膜(活性金属層)を形成した後、Pd膜(バリア層)を形成せず、スパッタリング法によりCu膜(表面層)を形成した以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。その結果、全ての評価項目は良好であったが、スパッタリング法によるCu膜のない実施例13と比較して、密着力が向上した。Ti膜上のスパッタリング法によるCu薄膜は、接合層形成後に空気中に暴露する時のTi膜の酸化を防止すると共に、Ti膜に対する表面導体層用Cuペーストの濡れ性を向上させる効果があったため、密着力が向上したと推定できる。
Example 14
In the bonding layer forming step, the same method as in Example 1 except that a Ti film (active metal layer) is formed and then a Cu film (surface layer) is formed by a sputtering method without forming a Pd film (barrier layer). The wiring board was manufactured in. As a result, all the evaluation items were good, but the adhesion was improved as compared with Example 13 without the Cu film by the sputtering method. The Cu thin film produced by the sputtering method on the Ti film has the effect of preventing oxidation of the Ti film when exposed to the air after forming the bonding layer and improving the wettability of the Cu paste for the surface conductor layer with respect to the Ti film. , It can be estimated that the adhesion is improved.
実施例15〜18
接合層形成工程において、Ti膜(活性金属層)の厚みを、それぞれ0.2μm、0.15μm、0.05μm及び0.02μmにした以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。その結果、膜厚0.15μm及び0.2μmは、実施例1の膜厚0.1μmと殆ど違いはなかったが、膜厚が0.05μm、0.02μmに薄くなるにつれて、密着力が低下する傾向が見られた。しかし、膜厚0.02μmの場合においても、活性金属膜がない比較例3と比べ、密着力は格段に高い。
Examples 15-18
In the bonding layer forming step, a wiring board was produced by the same method as in Example 1 except that the thickness of the Ti film (active metal layer) was 0.2 μm, 0.15 μm, 0.05 μm and 0.02 μm, respectively. .. As a result, the film thicknesses of 0.15 μm and 0.2 μm were almost the same as those of Example 1 of 0.1 μm, but the adhesion decreased as the film thickness became thinner to 0.05 μm and 0.02 μm. There was a tendency to do. However, even when the film thickness is 0.02 μm, the adhesion is remarkably high as compared with Comparative Example 3 in which there is no active metal film.
実施例19
表面導体層の形成工程において、表面導体層用CuペーストAの代わりに表2に示す表面導体層用Agペーストを用い、600℃の大気中で60分間焼成した以外は実施例1と同一の方法で配線基板を作製した。表面導体層用ペーストをCuからAgへと変更しても、全ての特性において良好であった。
Example 19
In the step of forming the surface conductor layer, the same method as in Example 1 except that the Ag paste for the surface conductor layer shown in Table 2 was used instead of the Cu paste A for the surface conductor layer and fired in the air at 600 ° C. for 60 minutes. The wiring board was manufactured in. Even if the paste for the surface conductor layer was changed from Cu to Ag, all the characteristics were good.
実施例20
実施例1の接合層の形成工程において、スパッタリング法により接合層を形成した後、表面導体層の形成工程では、接合層表面への表面導体層用CuペーストAの印刷は、基板片面に対して、全面印刷ではなく、スクリーン版を用いて直接指定形状のパターンを印刷した。その後、120℃、20分間乾燥した。基板を窒素雰囲気中、ピーク温度700℃、ピーク保持時間10分間焼成し、片面に膜厚約9μmの表面導体層(Cu膜)を有するメタライズ基板を得た。その後、基板をエッチング液に浸漬しCuパターン間に存在する接合層を溶解除去した。エッチングレジストを塗布しなかったため、Cuパターン膜も少し溶解されるが、Ti、Pdに対するエッチングレートがCuより高いエッチング液を使用すると共に、接合層の膜厚が薄いため、Cu膜の変化は少なかった。
Example 20
In the bonding layer forming step of Example 1, after the bonding layer is formed by the sputtering method, in the surface conductor layer forming step, the Cu paste A for the surface conductor layer is printed on the surface of the bonding layer on one side of the substrate. , The pattern of the specified shape was printed directly using the screen plate instead of full-page printing. Then, it was dried at 120 ° C. for 20 minutes. The substrate was fired in a nitrogen atmosphere at a peak temperature of 700 ° C. and a peak holding time of 10 minutes to obtain a metallized substrate having a surface conductor layer (Cu film) having a film thickness of about 9 μm on one side. Then, the substrate was immersed in an etching solution to dissolve and remove the bonding layer existing between the Cu patterns. Since the etching resist was not applied, the Cu pattern film was also slightly dissolved, but the change in the Cu film was small because the etching solution with a higher etching rate for Ti and Pd than Cu was used and the thickness of the bonding layer was thin. rice field.
その後のメッキ工程は、実施例1と同一の方法で行い、配線基板を得た。この工法でも全ての特性において良好であった。なお、パターン形状はかまぼこ状であり、実施例20のパターン形状よりも実施例1のパターン形状の方が優れていた。 The subsequent plating step was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a wiring board. This method was also good in all characteristics. The pattern shape was semi-cylindrical, and the pattern shape of Example 1 was superior to the pattern shape of Example 20.
実施例21
接合層の形成方法として、スパッタリング法の代わりに真空蒸着法を使用した以外は実施例1と同一の方法で配線基板を得た。真空蒸着は、真空度2×10-3Pa、基板加熱温度300℃で行った。耐熱性、密着力、エッチング性ともスパッタ法と殆ど差がなく、全て良好であった。
Example 21
A wiring board was obtained by the same method as in Example 1 except that a vacuum vapor deposition method was used instead of the sputtering method as a method for forming the bonding layer. Vacuum deposition was performed at a degree of vacuum of 2 × 10 -3 Pa and a substrate heating temperature of 300 ° C. The heat resistance, adhesion, and etching property were almost the same as those of the sputtering method, and all were good.
実施例22
実施例1と同様にして、接合層の形成工程、表面導体層(Cu)の形成工程を経て、片面に膜厚約8μmの表面導体層(Cu膜)を焼き付けたメタライズ基板を得た。得られたメタライズ基板のCu膜の表面にメッキ用レジストパターンを形成した。メッキ用レジストパターンは、エッチングレジストパターンとは逆に、配線として保留するCu膜を露出し、除去すべき領域のCu膜をレジストでカバーした。露出したCu膜に対して、実施例1と同一の方法でNi/Auメッキを施した。Cu膜がメッキされた基板からレジスト膜を剥離し、エッチングによりメッキを施してない領域のCu/Pd/Ti銅膜を除去した。すなわち、エッチングの際、表面のNi/Au膜をレジストとして機能させた。得られた基板の性能評価結果は、実施例1と同じであった。
Example 22
In the same manner as in Example 1, a metallized substrate was obtained by baking a surface conductor layer (Cu film) having a thickness of about 8 μm on one side through a step of forming a bonding layer and a step of forming a surface conductor layer (Cu). A resist pattern for plating was formed on the surface of the Cu film of the obtained metallized substrate. In the plating resist pattern, contrary to the etching resist pattern, the Cu film held as wiring was exposed, and the Cu film in the region to be removed was covered with the resist. The exposed Cu film was plated with Ni / Au in the same manner as in Example 1. The resist film was peeled off from the substrate on which the Cu film was plated, and the Cu / Pd / Ti copper film in the unplated region was removed by etching. That is, at the time of etching, the Ni / Au film on the surface was made to function as a resist. The performance evaluation result of the obtained substrate was the same as that of Example 1.
実施例23
実施例1の接合層の形成工程において、スパッタリング法により接合層を形成した後、Cuペーストの印刷による表面導体層の形成工程を実施せず、そのままエッチングレジストパターンを形成した。露出した接合層をエッチングにより除去した後、エッチングレジストを剥離・除去し、接合層からなる導体パターンを得た。この導体パターンに積層するように、スクリーン版を用いて表面導体層用CuペーストAで接合層パターンと同じ形状のCu膜を印刷した。接合層にCu膜を印刷した基板を120℃、20分間乾燥した後、窒素雰囲気中、ピーク温度700℃、ピーク保持時間10分間焼成し、膜厚約9μmの表面導体(Cu膜)パターンを有するメタライズ基板を得た。得られたメタライズ基板を、実施例1と同一の方法でメッキ工程に供し、両面配線基板を得た。この工法でも全ての特性において良好であった。なお、パターン形状はかまぼこ状であった。
Example 23
In the bonding layer forming step of Example 1, after the bonding layer was formed by the sputtering method, the etching resist pattern was formed as it was without performing the surface conductor layer forming step by printing Cu paste. After removing the exposed bonding layer by etching, the etching resist was peeled off and removed to obtain a conductor pattern composed of the bonding layer. A Cu film having the same shape as the bonding layer pattern was printed with Cu paste A for the surface conductor layer using a screen plate so as to be laminated on this conductor pattern. A substrate on which a Cu film is printed on a bonding layer is dried at 120 ° C. for 20 minutes, and then fired in a nitrogen atmosphere at a peak temperature of 700 ° C. and a peak holding time of 10 minutes to have a surface conductor (Cu film) pattern having a film thickness of about 9 μm. A metallized substrate was obtained. The obtained metallized substrate was subjected to a plating step in the same manner as in Example 1 to obtain a double-sided wiring board. This method was also good in all characteristics. The pattern shape was semi-cylindrical.
本発明のメタライズ基板は、回路基板、電子部品、半導体パッケージの基板などの電子基板として利用できる。 The metallized substrate of the present invention can be used as an electronic substrate such as a circuit board, an electronic component, or a substrate of a semiconductor package.
Claims (4)
前記活性金属層が、Ti、Zr及びCrからなる群より選択された少なくとも1種の活性金属又はこの活性金属を含む合金を含み、
前記非透過層が、Pd及びPtからなる群より選択された少なくとも1種のバリア性金属又はこのバリア性金属を含む合金を含み、0.01〜0.3μmの平均厚みであり、かつ活性金属層と表面導体層との間に介在し、
前記親和層が、前記表面導体層に含まれる金属と同一又は合金化可能な金属を含み、かつ前記親和層が前記表面導体層と接しているメタライズ基板。 An insulating substrate, a bonding layer laminated on at least a part of the surface of the insulating substrate, and containing an active metal layer , a non-permeable layer, and an affinity layer , and laminated on the bonding layer, containing a conductor, and A metallized substrate including a surface conductor layer having a porous structure.
The active metal layer contains at least one active metal selected from the group consisting of Ti, Zr and Cr, or an alloy containing the active metal.
The non-permeable layer contains at least one barrier metal selected from the group consisting of Pd and Pt or an alloy containing the barrier metal, has an average thickness of 0.01 to 0.3 μm, and is an active metal. Intervening between the layer and the surface conductor layer ,
The affinity layer, wherein comprises a metal identical with or capable of alloying metal in the surface conductor layer, and the affinity layer that has contact with the surface conductor layer metallized substrate.
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