JP2005072425A - 積層金属箔、その製造方法及び該積層金属箔を用いた多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 多層基板用の積層金属箔に発生するフクレや剥がれなどを抑制し、かつ、バリアー層のエッチング性を保持した積層金属箔並びにその製造方法、および該積層金属箔を用いた多層基板を提供するものである。
【解決手段】 本発明は、層間接続を行うバンプをエッチングにより形成しうる積層金属箔であって、該積層金属箔を回路形成用金属箔、エッチングバリアー層、密着性向上層、バンプ形成用金属箔が順次積層して構成したもので、従来の３層構造（バンプ形成用銅箔／Ｎｉ／回路形成用銅箔）であった積層金属箔に替えて密着性向上層を介在させた４層構造とすることで、バンプ形成用金属箔と密着性向上層との間をクラッド接合でき、クラッド接合することで密着力を向上させたものであり、フクレの発生防止および、バンプの剥離を防止したものである。
【選択図】 なし

Description

本発明は、基板を複数枚積層し、該基板間を、バンプを形成した積層金属箔により接続する多層基板における層間接続用積層金属箔に関するものであり、基板間を接続するバンプを、エッチングにより形成するのに最適な積層金属箔、並びに、該積層金属箔を用いた多層基板を提供するものである。

基板を複数枚積層し、該基板間を、バンプを形成した積層金属箔により接続する多層基板を製造するに際し、積層金属箔からエッチングによりバンプを形成する技術として、Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕなどの３層構造が、東洋鋼鈑株式会社のカタログ「ＦＩＮＥ ＣＬＡＤ」（非特許文献１参照）などで知られている。
これら3層構造の積層金属箔の製造方法としては、回路形成用電解銅箔（または圧延銅箔）の上にエッチングバリアー層として、Ｎｉを電気めっきにて形成した回路形成側金属箔に、バンプ形成用圧延銅箔をクラッドすることで製造されていた。

また、技術情報協会のセミナー「実装技術における圧延銅箔および積層金属箔の特性と高機能化」（平成１５年１月２９日、於池袋サンシャインシティ ワールドインポートマート、日立金属株式会社）（非特許文献２参照）では、２コイルを真空室内にて、蒸着しながら接合ロールで接合する方法が発表されている。この発表では、第１層として、９〜５０μｍのＣｕ，Ｉｎｖａｒ，４２アロイ、Ａｌなど、第３層としては、２５〜１００μｍの同上の金属であり、蒸着される第２層として、Ｔｉ，Ａｇ，Ｓｎ，Ａｌなどが挙げられている。

バンプは、バンプ形成用圧延銅箔をマスキング使用の選択エッチングにより、突起状にエッチングすることで形成する。エッチングはバリアー層が露出する程度に行なうのが一般的であるが、さらにバリアー層もエッチングにより除去する場合がある。
このようにしてバンプを形成した積層金属箔は、バンプ面に、該バンプの先端が露出するように樹脂基板をラミネートし、対向する回路形成された樹脂付き銅箔などとホットプレスにより接合し、バンプと、対向される銅箔回路とを接続する。

回路形成用金属箔も、必要によりマスキングとエッチングにより、所望の回路パターンに形成される。
この作業を複数回繰り返して多層基板とする。

前記エッチングにおいて、Ｎｉなどのバリアー層とバンプ形成用金属箔および回路形成用金属箔とのエッチング速度の差が大きいほど良好な形状のバンプおよび回路が形成される。
なお、これらの従来方法では、Ｎｉなどをバリアー層とした被覆回路形成用金属箔（Ｎｉ被覆Ｃｕ板など）と、バンプ形成用としての銅箔をクラッドしていたため、クラッド面はＣｕなどとＮｉなどの接合となり、基本的に密着力を充分に引き出し難く、そのため真空中や、イオンエッチング装置などを使用し、表面の汚染を防止または、除去することで、密着性を出していた。または、これに替えて、進行室内での接合することが必要であった。
これらのため、設備が大掛かりになるばかりか、条件によって、密着力のバラツキが生じ、後工程での加熱時などで、フクレや剥がれが発生する欠陥が多々生じた。

東洋鋼鈑株式会社のカタログ「ＦＩＮＥ ＣＬＡＤ」 技術情報協会セミナー「実装技術における圧延銅箔および積層金属箔の特性と高機能化」（平成１５年１月２９日、於池袋サンシャインシティ ワールドインポートマート、日立金属株式会社）

本発明は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、フクレや剥がれなどの発生を抑制し、かつ、バリアー層とのエッチング性を保持したものであり、多層基板の用途に最適な積層金属箔並びにその製造方法、および該積層金属箔を用いた多層基板を提供するものである。

本発明の基本的な考え方は、次のとおりである。
クラッド接合する直前の材料の両者表面が拡散接合しやすい組み合わせを選ぶことにより、接合の安定性を向上させるものである。ここで、拡散接合しやすい組み合わせとは同じ金属を含む組み合わせや、合金化しやすさを基準として選定することである。

本願の積層金属箔の発明は、エッチングにより形成されたバンプにて層間接続を行う積層金属箔であって、該積層金属箔は回路形成用金属箔、エッチングバリアー層、密着性向上層、バンプ形成用金属箔が順次積層されて構成されていることを特徴とする積層金属箔である。

前記密着性向上層とバンプ形成用金属箔との接合表面が拡散接合しやすい金属で構成されていることことが好ましく、特に、前記密着性向上層とバンプ形成用金属箔は、銅または銅合金で形成されていることが好ましい。
また、前記回路形成用金属箔または／およびバンプ形成用金属箔は銅箔または銅合金箔であり、電解銅箔あるいは圧延銅箔であることが望ましい。
さらに、前記密着性向上層およびバンプ形成用金属箔は同一のエッチング液で溶解できる材料で形成されていると良い。

回路形成用金属箔の厚みは回路のファインパターン化の進行により、７μｍ以下とすることが好ましが、クラッド時の強度不足から箔の切れやシワ発生などにより、生産性が劣るため、７μｍ以下とするにはクラッド後にハーフエッチングにより厚さを調整する方法を採用することもできる。

本願の積層金属箔製造方法の発明は、回路形成用金属箔表面にエッチングバリアー層、密着性向上層を電気めっきまたは乾式めっきで形成した回路形成側金属箔と、バンプ形成用金属箔とをクラッドすることを特徴とする積層金属箔の製造方法である。

前記回路形成用金属箔および／またはバンプ形成用金属箔は、銅または銅合金であり、電解銅箔あるいは圧延銅箔であることが望ましい。
また、前記密着性向上層は、銅または銅合金による電気めっきまたは乾式めっきで形成することが好ましい。
さらに、前記エッチングバリアー層は、Ｎｉ、ＣｏまたはＣｒのいずれか、またはこれらを含む合金による電気めっきまたは乾式めっきで形成すると良い。
前記回路形成側金属箔と、前記バンプ形成用金属箔とをクラッド後、圧延加工を施すこし、厚さを調整することもできる。

本願の多層基板の発明は、前記本発明の積層金属箔、あるいは本発明積層金属箔の製造方法により製造した積層金属箔を用いて作成した多層基板である。

本発明は、回路形成側金属箔とバンプ形成用金属箔の接合強度を高めたことにより、回路形成側金属箔のエッチングバリアー層からバンプが剥離するのを有効に防止できるため後工程による剥離やフクレの問題が解決され、工業上非常に優れたものである。

バンプ形成用金属箔としては、抵抗値の低い金属、または合金からなる箔であればいずれでも良いが、銅または銅合金箔が抵抗値、エッチングし易さ、強度、コストの点で最も優れている。
また、バンプ形成用金属箔としては電解箔、圧延箔のいずれでも良い。バンプの強度を重視すれば、銅合金の圧延箔が優れ、製造幅による加工コストの上昇や、表面の凹凸により相手側の導体金属との接合信頼性の面からは、電解銅箔が優れている。
圧延箔、電解箔にかかわらず、バンプの先端面となる面を焼けめっきや電解または化学溶解による粗化処理を施し、また、防錆処理を施こし、接触の安定性を図ることが好ましい。
バンプ形成用金属箔の厚みは、所望のバンプ高さにより決定すればよく、通常２０〜２００μｍである。

密着性向上層は、バンプ形成用金属箔とのクラッド時での密着性を向上させる層であって、バンプ形成用金属箔と拡散接合しやすい金属・合金により形成される。
バンプ形成用金属箔が銅または銅合金の時には、銅や銀、錫、亜鉛などまたはこれらの合金が望ましい。特には、銅または銅合金が後工程での加熱やエッチングなどに対して優れており、好ましい。
この密着性向上層は、回路形成用金属箔上にエッチングバリアー層を設けた後に電気めっきなどの湿式または乾式めっきで形成し、クラッド工程での前処理を施した後にバンプ形成用金属箔と積層される。
この前処理としては、真空中でのイオンエッチング処理や、非酸化性雰囲気下でのバフ研磨などが施される。
この密着性向上層の厚みは、施される前処理方法により異なるが、一般に０．５μｍ以上、特には２μｍ以上あることが望ましい。

エッチングバリアー層は、バンプ形成用金属箔および回路形成用金属箔をそれぞれ独立にエッチングするために設けられる層であり、これら上下２層の箔をエッチングするエッチング液に対してエッチングされ難い金属層であり、一方の箔に対するエッチングによって、他方の箔がエッチングされるのを阻む役割を果たす。
銅または銅合金のバンプ形成用金属箔や回路形成用金属箔を用いる場合には、エッチングバリアー層はＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏまたはこれらの合金層が望ましい。
エッチングバリアー層の厚さは、エッチングバリアーとして有効であれば良く、通常０．５μｍ以上あればよい。
エッチングバリアー層の形成方法としては、電気めっき、無電解めっきなどの湿式めっきや、蒸着などの乾式めっきのいずれでも良く、密着性やコストの点から電気めっきが優れている。

回路形成用金属箔としては、抵抗が低く、エッチングにより回路形成しうる金属または合金であれば良いが、これらの内、銅または銅合金の圧延または電解箔を用いることが良く、特には、電解銅箔が優れている。
この回路形成用金属箔上に、エッチングバリアー層、さらに密着性向上層を形成し回路形成側金属箔とする。
回路形成側金属箔のバンプ形成用金属箔と接合する面と反対側の面に防錆処理、シランカップリング剤処理を施すことが好ましい。防錆処理としては、一般的にＮｉ，Ｚｎ，Ｃｒやこれらの合金めっき、クロメート処理または、ＢＴＡなどの有機防錆処理を施す。
シランカップリング剤処理としては、ビニル系、エポキシ系など使用される基板により適宜選択する。

回路形成用金属箔の厚みは、安定してクラッドするために最低限の厚み（１０μｍ前後）が必要であるが、ファインパターン化の動向により、回路形成用金属箔は薄いことが望まれており、７μｍ以下、とくには、５μｍ以下になるように平滑エッチング（ハーフエッチング）することでファインパターンへの対応が可能となる。なお、この工程は、回路形成用金属箔＋エッチングバリアー層＋密着性向上層の３層材を形成後に施しても良いが、バンプ形成用金属箔とのクラッド後に行っても良い。

クラッド工程では、回路形成用金属箔にエッチングバリアー層および密着性向上層を形成した回路形成側金属箔とバンプ形成用金属箔をクラッドするが、これらをそれぞれ、真空中にてイオンエッチングして、真空中にて圧接圧延して巻き取るなどの方法で実施される。このような方法で行うと、密着強度の点から非常に優れ、従来材料よりも格段にフクレなどの発生が抑制され、優れた積層金属箔となる。
また、本発明においては、上記従来の材料と比較して密着性に優れるため、前処理として、大気中でのバフ研磨および非酸化性雰囲気下での圧接圧延などのように、設備コストを削減しても密着性を充分確保しうるものである。
また、より密着性を向上することや、強度の向上、ファインパターンへ対応する厚みの低減を狙って、クラッド後に圧延処理を施しても良い。

次に、本発明の実施例を用いて詳細に説明する。
なお、この説明は、本発明の一般的な説明をする目的でなされたものであり、何ら限定的意味を持つものではない。
（実施例１）

回路形成用金属箔として１２μｍの電解銅箔を用い、そのマット面にエッチングバリアー層としてＮｉを１μｍの厚さに、密着性向上層としてＣｕを３μｍの厚さに順次電解めっきして回路形成側金属箔を作成し、この回路形成側金属箔と１２０μｍ厚の圧延銅からなるバンプ形成用金属箔とをクラッド加工した。
Ｎｉのめっきは、
浴組成：
スルファミン酸ニッケル：３００ｇ／Ｌ
塩化ニッケル ： ２０ｇ／Ｌ
ほう酸 ： ３５ｇ／Ｌ
めっき条件：
温度 ：５０℃
電流密度 ：５Ａ／ｄｍ^２

Ｃｕのめっきは、
浴組成：
硫酸銅 ：１２５ｇ／Ｌ
硫酸 ： ４０ｇ／Ｌ
にかわ ：１００ｐｐｍ
めっき条件：
温度 ：４０℃で
電流密度 ：３Ａ／ｄｍ^２

クラッド工程は、両者の箔の接合面を窒素雰囲気中にて研磨して圧接圧延を行い、大気中へ取り出して巻き取った。研磨は、＃２０００のバフを用い、研磨粉を窒素にて吹き飛ばしながら吸引することで粉の介在を防止した。
（実施例２）

Ｃｕめっきに替えて、黄銅めっきを４μｍとした以外は、実施例１と同様にして製造した。
黄銅のめっきは：
浴組成：
シアン化銅 ：２７ｇ／Ｌ
シアン化亜鉛 ： ９ｇ／Ｌ
シアン化ナトリウム ：５５ｇ／Ｌ
炭酸ナトリウム ：３０ｇ／Ｌ
めっき条件：
温度 ：３０℃
電流密度 ：０．５Ａ／ｄｍ^２
（実施例３）

Ｎｉ電気めっきに替えて、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ合金を無電解めっき形成した以外は、実施例１と同様に製造した。
Ｎｉ−Ｃｏ―Ｐ合金のめっきは：
浴組成：
硫酸ニッケル ：０．０５モル／Ｌ
硫酸コバルト ：０．０５モル／Ｌ
クエン酸ナトリウム ：０．２モル／Ｌ
硫酸アンモニウム ：０．５モル／Ｌ
次亜リン酸ナトリウム ：０．２モル／Ｌ
めっき条件：
ＰＨ ：９
温度 ：９０℃
（実施例４）

実施例１にて、バンプ形成用金属箔として使用した圧延銅箔に替えて、１１０μｍ厚さの電解銅箔を用いてクラッドし、さらに、圧延で全体の厚みが１００μｍとなるように圧延した。
（実施例５）

実施例１にて、バンプ形成用金属箔として使用した圧延銅箔に替えて、圧延銅合金箔（Ｃｕ−０．２％Ｓｎ−０．０３％Ｐ）を用いた以外は、実施例１と同様に製造した。
（比較例１）

Ｃｕ３μｍの電解めっきを省略した以外は、実施例１と同様に製造した。
（評価）

上記実施例および比較例で製造した各積層金属箔のバンプ形成用金属箔上にレジスト形成し、エッチング後レジストを剥離して、先端径８０μｍのバンプを形成し、バンプ付き複合箔とした。次いで、バンプ先端が露出するように樹脂ラミネートを行い、相手側となる樹脂付き銅箔とホットプレスを行い、層間接続した。
この材料につき、バンプ付き複合箔側に対し９０°引き剥がし試験を行い、剥がれの形態をＮ＝１００にて観察した。

これらの結果を下記表１に示す。
表１

Ａ：相手側銅箔／バンプの間
Ｂ：バンプ／密着性向上層の間
Ｃ：密着性向上層／エッチングバリア−層の間
Ｄ：バンプ／エッチングバリア−層の間

表1から明らかなように、実施例では、いずれも剥がし強度が大きく、一番弱い部分であるタイプＡ部での剥がれが多いのに対して、比較例では、引き剥がし強度が弱く、８０％もがタイプＤで剥がれていた。実施例では比較例に相当する部分であるタイプＢ，Ｃでの剥がれは、４％以下と安定していた。
〔００３５〕
また、各実施例で製造した積層金属箔のバンプ−密着性向上層間の剥がれ、即ち、回路形成側金属箔とバンプ形成用金属箔間の剥がれはバンプ形成（後工程）後でもほとんどなく、優れた多層基板用の積層金属箔であった。これに対し、比較例では密着性向上層が施されていないため、回路形成用金属箔とバンプ形成用金属箔間の剥がれが８０％と、大部分が不良品であった。

Claims (12)

1. 層間接続を行うバンプをエッチングにより形成しうる積層金属箔であって、該積層金属箔は回路形成用金属箔、エッチングバリアー層、密着性向上層、バンプ形成用金属箔が順次積層されて構成されていることを特徴とする積層金属箔。
2. 請求項１において、密着性向上層とバンプ形成用金属箔との接合表面が拡散接合しやすい金属で構成されていることを特徴とする積層金属箔。
3. 請求項１において、密着性向上層が、銅または銅合金で形成されていることを特徴とする積層金属箔。
4. 請求項１において、回路形成用金属箔、または／および、バンプ形成用金属箔が銅箔または銅合金箔であることを特徴とする積層金属箔。
5. 請求項１において、密着性向上層およびバンプ形成用金属箔が同一のエッチング液で溶解できる材料で形成されていることを特徴とする積層金属箔。
6. 回路形成用金属箔をハーフエッチングして、厚みを７μｍ以下としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の積層金属箔。
7. 回路形成用金属箔表面にエッチングバリアー層、密着性向上層を電気めっきまたは乾式めっきで形成した回路形成側金属箔と、バンプ形成用金属箔とをクラッドすることを特徴とする積層金属箔の製造方法。
8. 前記回路形成用金属箔および、または、バンプ形成用金属箔が、銅または銅合金であることを特徴とする請求項７に記載の積層金属箔の製造方法。
9. 前記密着性向上層を、銅または銅合金による電気めっきまたは乾式めっきで形成することを特徴とする請求項７に記載の積層金属箔の製造方法。
10. 前記エッチングバリアー層を、ＮｉまたはＣｏ，Ｃｒのいずれかまたはこれらを含む合金による電気めっきまたは乾式めっきで形成することを特徴とする請求項７に記載の積層金属箔の製造方法。
11. 前記回路形成側金属箔と、前記バンプ形成用金属箔とをクラッド後、圧延加工を施すことを特徴とする請求項７に記載の積層金属板の製造方法。
12. 請求項１ないし６のいずれかに記載の積層金属箔、あるいは請求項７ないし１１のいずれかに記載の製造方法により製造した積層金属箔を用いた多層基板。