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| タイトル： | 公開特許公報(A)_電子部品搭載用基板の信頼性評価方法 |
| 出願番号： | 2008008706 |
| 年次： | 2009 |
| IPC分類： | H05K 3/00,H01L 23/12,G01N 21/956,G01N 21/84 |
特許情報キャッシュ
浅川 吉幸 JP 2009170742 公開特許公報(A) 20090730 2008008706 20080118 電子部品搭載用基板の信頼性評価方法 住友金属鉱山株式会社 000183303 山本 正緒 100083910 浅川 吉幸 H05K 3/00 20060101AFI20090703BHJP H01L 23/12 20060101ALI20090703BHJP G01N 21/956 20060101ALI20090703BHJP G01N 21/84 20060101ALI20090703BHJP JPH05K3/00 QH01L23/12 ZG01N21/956 BG01N21/84 D 5 1 ＯＬ 8 2G051 2G051AA61 2G051AB20 2G051BA08 2G051CA11 本発明は、電子部品搭載用基板における電気的信頼性の評価、特に塩素イオンのマイグレーションに対する絶縁信頼性を評価するための方法に関する。 プラスチック基材やガラスエポキシ基材、アルミナ等のセラミックス基材に、銅や銀等からなる導体の配線が形成された電子部品搭載用基板は、電気機器等をはじめとして広く用いられている。特にプラスチック基材やガラスエポキシ基材に銅等の配線を形成した電子部品搭載用基板は、フレキシブルプリント基板やリジット基板などとして広範に使用されている。 近年、これら電子部品搭載用基板の電気的信頼性に関し、配線ピッチの微細化に伴って配線間の電気絶縁性に対する要求が厳しくなっている。通常、電気的信頼性の評価には、ＨＨＢＴ試験（高温高湿バイアステスト）やＰＣＢＴ試験（プレッシャークッカーバイアステスト；不飽和加圧水蒸気試験（ＨＡＳＴ）とも言う）等の高温高湿高圧下での加速試験が用いられている（日本電子回路工業会規格、ＪＰＣＡ−ＥＴ０４及びＥＴ０８参照）。また、上記試験の評価は、電気的な測定と共に、配線の変色を目視観察することにより行われている。 しかしながら、これらの試験は、電子部品等のデバイスの評価に使用されることが多く、処理プロセスの妥当性や製品間の比較等に用いられ、相対的な評価となっているため、基板自体の信頼性評価はできない。更に、ＨＨＢＴ試験やＰＣＢＴ試験は、試験時間が１０００時間と長いため、短時間での信頼性評価には適していない。尚、特開２００６−１３１５２号公報（特許文献１）には、ＨＨＢＴ試験による腐食の例が記載されている。 一方、電子部品搭載用基板の電気的な絶縁性の劣化は、その多くが塩素等のイオンマイグレーションを原因とすることが知られている。例えば、フレキシブルプリント基板やリジット基板の製造工程では、プラスチック基材の銅膜上にレジストパターンを形成し、塩化第２鉄や塩化第２銅でのエッチングにより配線を形成するサブトラクティブ法が用いられる。従って、絶縁基材や導体配線は、製造工程の中で塩素等のイオンにさらされる機会が多い。 更に、実際の製品では、電子部品搭載時の封止樹脂としてエポキシ樹脂が使用され、ガラスやＩＣチップとの接合にはエポキシ系樹脂の異方性導電膜が用いられる。封止樹脂等としてエポキシ樹脂が多用されるのは、硬化後の寸法安定性や耐水性、耐薬品性等に優れているからである。しかし、エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンから製造されるため、不純物として微量の塩素が含まれている。このような事情から、通電環境下においてイオン性の不純物、主として塩素により金属の配線が腐食を受け、このイオンマイグレーションが絶縁性の信頼性を低下させる大きな要因となっている。 尚、塩素腐食性の評価としては、塩水噴霧試験（例えば、ＪＩＳ Ｃ００２４：２０００）が知られている。しかし、塩水噴霧試験では、塩水に曝された配線の変質は評価できるが、通電中のイオンマイグレーションの評価はできない。そのため、通電中のイオンマイグレーション耐性を評価する方法が求められていた。特開２００６−１３１５２号公報 本発明は、上記した従来の事情に鑑み、簡便な方法により、電子部品搭載用基板の通電中におけるイオンマイグレーション、特に塩素イオンのマイグレーションに対する絶縁性の信頼性を評価するための方法を提供することを目的とするものである。 上記目的を達成するため、本発明が提供する電子部品搭載用基板の信頼性評価方法は、絶縁基材上に配線が形成された電子部品搭載用基板の絶縁信頼性を評価する試験方法であって、電子部品搭載用基板の配線が形成された領域の全体又は一部を塩素が１〜１００質量ｐｐｍ含まれる樹脂で被覆して、配線間に電圧を印加した後、配線の変色を目視にて判断することを特徴とする。 上記本発明による電子部品搭載用基板の信頼性評価方法において、前記樹脂はエポキシ樹脂であることが好ましい。また、上記本発明による電子部品搭載用基板の信頼性評価方法において、前記配線に電圧を印加する際の試験環境は、温度６０〜１２５℃、相対湿度６０〜９５％ＲＨであることが好ましい。 上記本発明による電子部品搭載用基板の信頼性評価方法においては、前記配線が複数の櫛歯状の導体を有する一対の対向した櫛形配線であって、櫛形配線の各櫛歯状導体の導体幅が等しく、対向する櫛形配線の櫛歯状導体が接触することなく交互に配置されていて、櫛歯状導体が交互に配置された重ね代部の導体間隔が等しいことが好ましい。また、上記本発明による電子部品搭載用基板の信頼性評価方法において、前記絶縁基材はポリイミドフィルムであることが好ましい。 本発明によれば、電子部品搭載用基板の通電中のイオンマイグレーション、特に塩素イオンのマイグレーションによる絶縁劣化について、簡便な方法により、極めて短時間で評価することができる。従って、本発明の信頼性評価方法を用いることによって、イオンマイグレーションによる電子部品搭載用基板の絶縁性の信頼性判断を簡単且つ効率的に実施できるため、電子部品搭載用基板の製造過程の効率化及び低コスト化に対して極めて有利である。 本発明による電子部品搭載用基板の信頼性評価方法では、電子部品搭載用基板の配線が形成された領域の全体又は一部を１〜１００質量ｐｐｍの塩素が含まれる樹脂で被覆しておき、この状態で配線間に電圧を印加する。この電圧印加によって、塩素イオンのマイグレーションと水の介在のため、正極及び負極の配線は共に変質する。この変質は正極の酸化と陰極への金属析出によるものであり、例えば配線の導電体が銅である場合、正極では下記化学式１に示すように銅が酸化され、且つ陰極では下記化学式２に示すように銅が析出する。［化１］正極： Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ− Ｈ２Ｏ→２Ｈ＋＋ＯＨ−［化２］陰極： ２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２ Ｃｕ２＋＋２ＯＨ−→Ｃｕ(ＯＨ)２ Ｃｕ(ＯＨ)２→ＣｕＯ＋Ｈ２Ｏ ＣｕＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃｕ２＋＋２ＯＨ− Ｃｕ２＋＋２ｅ−→Ｃｕ 上記した配線の変質は主に塩素のイオンマイグレーションに起因するものであるから、配線を被覆する樹脂（以下、被覆樹脂とも言う）に含まれる塩素の量が多いほど、及び絶縁基材や配線に含まれ若しくは付着している塩素の量が多いほど、変質が促進される。そして、配線の変質が更に進むと、配線に凹凸が生じて被覆樹脂の表面が粗くなり、配線の凹凸が乱反射を生じることで変色が現れる。この配線の変色や被覆の変質は、光学顕微鏡により目視観察することができる。 本発明方法において、絶縁基材の配線形成領域を被覆するために用いる樹脂に含まれる塩素は、１質量ｐｐｍから１００質量ｐｐｍの範囲とする。被覆樹脂の塩素含有量が１質量ｐｐｍ未満では、塩素イオンのマイグレーションが少ないために、試験による良否の評価の判断が困難となる。逆に被覆樹脂の塩素含有量が１００質量ｐｐｍを超えると、マイグレーションの発生が多くなり過ぎるため、やはり良否の差を見分けることができない。従って、配線の被覆に使用する樹脂については、微量に含まれる塩素を定量的に把握することが必要である。 上記被覆樹脂による配線の被覆は、基板上の配線が形成された領域、即ち配線並びに各配線間のスペースについて、その全体又は一部を覆うように設ければ良い。例えば、後述する櫛形配線の場合、ショートバーを含めた配線の全体を覆う方法、ショートバーを除く配線部分を覆う方法、あるいは配線部分のうち櫛歯状の導体が交互に配置された重ね代部のみを覆う方法のいずれであっても良い。尚、被覆の形状や面積及び被覆の厚みについては、特に限定するものではないが、試験対象の基板が同一種の場合は一定とすることが望ましい。 また、配線に印加する電圧は直流でもパルスでも良く、隣接する配線間で電位差を形成するように、例えば、後述する櫛形配線の場合は、両方のショートバーを通して各配線に電圧を印加すればよい。また、印加する電圧及び電圧を印加する時間も、マイグレーションの発生が確認できる電圧や時間であれば良く、試験対象とする基板の目的や種類等に応じて適宜定めることができる。通常の場合、例えばＪＰＣＡ−ＥＴ０８に規定されているように５〜１００Ｖ程度の所定の電圧を、１００時間程度までの所定時間だけ印加することで、十分な評価を得ることが可能である。 配線に電圧を印加する際の試験環境は、温度６０〜１２５℃、相対湿度６０〜９５％ＲＨとすることが好ましい。温度が６０℃未満あるいは相対湿度が６０％ＨＲ未満では加速試験とならず、マイグレーションを観察するのに長時間を必要とする。また、温度が１２５℃を超え又は相対湿度が９５％ＲＨを超えると、マイグレーションの発生が短時間となり過ぎるため、良否の差を見分けることが困難であるうえ、信頼性評価の条件として現実的ではない。尚、短時間での評価のために好ましい条件としては、例えば温度を８５℃及び相対湿度を８５％ＲＨに設定することで、ほぼ１００時間以内で信頼性の評価が可能である。 上記被覆樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等を用いることができる。これらの樹脂には、合成過程などから塩素が混入し、また不可避不純物として塩素が混入するため、不純物として塩素が含まれている。被覆樹脂として用いる場合は塩素含有量を把握して、上記した１〜１００質量ｐｐｍの範囲の樹脂を選ぶ必要がある。樹脂中の塩素含有量は、イオンクロマトグラフなどの公知の分析方法で測定することができる。また、被覆樹脂はタルクや酸化ケイ素などのフィラー、染料等の着色料を含んでも良いが、その場合はフィラーや着色料の塩素含有量を含めた合計の塩素含有量が上記範囲であることが必要である。 これらの樹脂で配線を被覆する場合、液状の樹脂を塗布しても良いし、シート状に形成された樹脂を圧着しても良く、あるいは樹脂ビーズや樹脂棒等をホットメルトして塗布しても良い。また、配線を被覆する樹脂は、未硬化の樹脂でも、硬化後の樹脂によっても良い。硬化後の樹脂であれば被覆が剥がれることはないが、未硬化の樹脂であれば剥離しやすいため留意して取り扱うことが望ましい。尚、未硬化の樹脂を用いた場合には、硬化した樹脂よりも塩素イオンが移動しやすいため、評価方法としてより厳しい条件となる。 上記した樹脂の中でも、エポキシ樹脂が被覆樹脂として最も好ましい。エポキシ樹脂は、電子部品や電子部品搭載用基板の封止樹脂として広く用いられているからである。エポキシ樹脂には硬化剤としてアミン類、ルイス酸、イミダゾール類等が添加されるが、硬化剤が添加された１液性の樹脂でも良いし、使用する際に硬化剤を加える２液性の樹脂でも良い。また、硬化剤が加えられてシート状に形成されたエポキシ樹脂でも良く、例えば導電粒子を含有する異方性導電膜（膜厚方向にのみ導電性を有する）を好適に用いることができる。尚、エポキシ樹脂を硬化させる場合には、エポキシ樹脂の通常の硬化条件に従い、流動性が失われる状態になればよい。 次に、評価対象である電子部品搭載用基板の絶縁基材上に形成される配線としては、ＪＰＣＡ−ＥＴ０１に規定されているような櫛形配線が好ましい。即ち、好ましい櫛形配線とは、例えば図１に示すように、ショートバー１ａ、１ｂから延長した複数の櫛歯状導体２ａ、２ｂを有する一対の櫛形配線１０ａ、１０ｂからなり、各櫛歯状導体２ａ、２ｂの導体幅が等しく、対向する櫛形配線１０ａ、１０ｂの櫛歯状導体２ａ、２ｂが接触することなく交互に配置されていて、櫛歯状導体２ａ、２ｂが交互に配置された重ね代部の導体間隔が等しくなっている。尚、本発明の評価方法で配線に電圧を印加する際には、１対の櫛形配線１０ａ、１０ｂの一方を正極とし、他方を負極とする。 櫛形配線の各部の寸法は、特に制限されるものではないが、ＪＰＣＡ−ＥＴ０１の通則に準拠することが好ましい。例えば、各櫛歯状導体２ａ、２ｂの導体幅は５０〜１００μｍ程度、櫛歯状導体２ａ、２ｂが交互に配置された重ね代部における導体間隔は５０〜１００μｍ程度が好ましい。また、櫛歯状導体２ａ、２ｂの重ね代部の長さｄ１は１０.０ｍｍ程度、櫛歯状導体２ａ、２ｂの先端とショートバー１ａ、１ｂの間隙ｄ２は５.０ｍｍ以上とすることが好ましい。尚、サブトラクティブ法等では、配線の導体幅１０μｍ、導体間隔１５μｍの電子部品搭載用基板は実用に供されているため、このような実際の使用条件に則した導体幅や導体間隔にすることが望ましい。 電子部品搭載用基板の絶縁基材には、ポリイミド樹脂、ガラス不織布とエポキシ樹脂で形成されるガラスエポキシ基板などのプラスチック基板、ガラス基板、アルミナ基板や低温焼成基板などのセラミック基板、あるいはシリコン基板等を用いることができる。特にポリイミド樹脂は、電気絶縁性や柔軟性に優れているため、フレキシブルプリント基板、ＣＯＦテープやＴＡＢテープ等として広く用いられているため好ましい。 上記絶縁基材上には、通常の方法により配線を形成して電子部品搭載用基板とする。配線の形成方法は、スパッタリング法等の成膜法、無電解メッキ法、厚膜法、金属アルコキシド法等で金属膜を形成した後、公知のサブトラクティブ法やセミアディティブ法を用いて形成することができる。また、厚膜法では、導電ペーストをスクリーン印刷し、焼成することで配線を形成することができる。尚、金属膜の膜厚は適宜定めることができる。また、配線を構成する金属としては、銅、銀、金、アルミニウム等が好ましい。 上記した本発明の電子部品搭載用基板の信頼性評価方法によれば、従来の塩水噴霧試験とは異なり、塩素が含まれる樹脂で被覆した電子部品搭載用基板の配線に電位を印加することで、通電中のイオンマイグレーションを評価することができ、通電中の耐塩素腐食性を知ることができる。尚、本発明による信頼性評価方法は、上述した塩素イオンのマイグレーションによる絶縁劣化だけでなく、電子部品搭載用基板を被覆する樹脂のアルカリイオン濃度を制御すれば、アルカリイオンによるマイグレーションにも応用することできる。 ［実施例１］ 評価対象の電子部品搭載用基板として、以下のごとく製造した銅ポリイミド２層基板（以下、基板Ａと言う）を用いた。即ち、絶縁基材である東レデュポン社製のカプトン（登録商標）１５０ＥＮを用い、スパッタリングによりＮｉ−７％Ｃｒを膜厚２００Åに成膜し、その上にスパッタリングによりＣｕを膜厚２０００に成膜した後、更にＣｕを厚さ８μｍとなるまでメッキした。 次に、エッチング液として塩化第二鉄を用いるサブトラクティブ法によって、それぞれ３本の櫛歯状導体を有する１対の櫛形配線を、櫛歯状導体の導体幅と導体間隔が共に２０μｍ、櫛歯状導体の重ね代の長さが２０ｍｍ、櫛歯状導体の先端とショートバーの間隙が５ｍｍとなるように形成した。この櫛歯配線にＳｎメッキ処理を施して、基板Ａを製造した。得られた基板Ａの塩素含有量は、イオンクロマトグラフなどの方法で別途測定したところ１ｐｐｍ以下であった。 この基板Ａの櫛形配線のうちショートバーを除く櫛歯状導体の配線部分を、市販のエポキシ樹脂の異方性導電膜で被覆した。具体的には、被覆樹脂としての異方性導電膜を櫛歯状導体に略直行するように貼付し、温度１８０℃、圧力２ＭＰａで１０秒間圧着して硬化させた。その際、被覆樹脂として、塩素含有量が１質量ｐｐｍ、１０質量ｐｐｍ、１００質量ｐｐｍ、及び１０００質量ｐｐｍの４種類の異方性導電膜を用いて、それぞれ基板Ａの配線部分を被覆した。 尚、基板Ａ及び異方性導電膜の塩素含有量の同定は、加圧密封容器に基板Ａあるいは異方性導電膜と共に超純水を入れて密閉し、容器内の温度を１２１℃及び圧力を０.２ＭＰａに設定し、９６時間熱水抽出した後、抽出されたイオン成分をイオンクロマトグラフで分析した。 上記のごとく基板Ａの配線領域をエポキシ樹脂の異方性導電膜で被覆した各試料を、温度８５℃、相対湿度８５％ＲＨの高温高湿槽内に保持し、基板Ａの隣接する配線間に１６Ｖの電圧を印加した。電圧の印加時間は、それぞれ２４時間、４８時間、９６時間とした。各印加時間が経過した後、それぞれの試料の裏面から、配線（正極及び陰極）の変色を光学顕微鏡で目視観察し、その結果を下記表１に示した。 また、対照用の試料として、被覆樹脂（異方性導電膜）で被覆していない基板Ａについて、上記と同じ温度と相対湿度の条件にて、配線間に１６Ｖの電圧を、２４時間、４８時間、９６時間印加した。これらの試料についても、上記と同様に配線の変色を光学顕微鏡で目視観察し、その結果を下記表１に併せて示した。 尚、下記表１に示す変色の判断基準は次の通りである。変色なし：配線が銅色で変色がない場合軽微な変色：１００μｍ２の範囲に１〜２個の変色点がある場合変色あり：１００μｍ２の範囲に３個以上の変色点がある場合変色大：配線のほぼ全体が変色している場合 上記の結果から分るように、配線を被覆する被覆樹脂の塩素含有量が１〜１００質量ｐｐｍである場合には、正極と負極の配線における変色の差を目視確認することができた。特に、被覆樹脂の塩素含有量が１０〜１００質量ｐｐｍであれば、電圧印加時間が９６時間以下で明らかな変色の差が認められた。 一方、配線を被覆樹脂で被覆していない場合には、９６時間の電圧印加後においても配線に全く変色が現れなかった。また、被覆樹脂の塩素含有量が１０００質量ｐｐｍである場合には、配線全体に大きな変色が起こってしまい、正極と負極の配線における変色の差を目視確認することができなかった。櫛形配線の一例を示す概略の正面図である。符号の説明 １ａ、１ｂ ショートバー ２ａ、２ｂ 櫛歯状導体 １０ａ、１０ｂ 櫛形配線 絶縁基材上に配線が形成された電子部品搭載用基板の絶縁信頼性を評価する試験方法において、電子部品搭載用基板の配線が形成された領域の全体又は一部を塩素が１〜１００質量ｐｐｍ含まれる樹脂で被覆して、配線間に電圧を印加した後、配線の変色を目視にて判断することを特徴とする電子部品搭載用基板の信頼性評価方法。 前記樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の電子部品搭載用基板の信頼性評価方法。 前記配線間に電圧を印加する際の試験環境が、温度６０〜１２５℃、相対湿度６０〜９５％ＲＨであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電子部品搭載用基板の信頼性評価方法。 前記配線が複数の櫛歯状の導体を有する一対の対向した櫛形配線であって、櫛形配線の各櫛歯状導体の導体幅が等しく、対向する櫛形配線の櫛歯状導体が接触することなく交互に配置されていて、櫛歯状導体が交互に配置された重ね代部の導体間隔が等しいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品搭載用基板の信頼性評価方法。 前記絶縁基材がポリイミドフィルムであることを特徴する、請求項１〜４のいずれかに記載の電子部品搭載用基板の信頼性評価方法。 【課題】 簡便な方法により、絶縁基材上に配線が形成された電子部品搭載用基板の通電中のイオンマイグレーション、特に塩素イオンのマイグレーションに対する絶縁性の信頼性を評価するための方法を提供する。【解決手段】 電子部品搭載用基板の配線領域の全体又は一部を、塩素含有量が１〜１００質量ｐｐｍのエポキシ樹脂などの樹脂で被覆して、配線間に電圧を印加した後、配線の変色を目視にて判断する。配線に電圧を印加する際の試験環境は、温度６０〜１２５℃、相対湿度６０〜９５％ＲＨが好ましい。また、配線としては、複数の櫛歯状の導体２ａ、２ｂが交互に配置されている一対の対向した櫛形配線１０ａ、１０ｂが好ましい。【選択図】 図１