JP2011100935A - 積層体およびその用途と製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属製支持基板1上に剥離層2を介して樹脂層3が積層された構造を有する積層体である。ここで、剥離層2は、酸化窒化チタンからなる層であり、それによって、樹脂層だけが当該積層体から剥離可能となっている。酸化窒化チタンからなる層は、窒化チタン層を酸化することによって好ましく形成し得る。樹脂層をベース絶縁層とし、その上に導体層を回路パターンとして形成することで、取り扱い性の好ましい配線回路基板が得られる。
【選択図】図1
Description
以下の説明では、ウェハ基板上に半導体素子が形成された段階(ダイシング前の段階)のものを「半導体ウェハ」と呼ぶ。また、半導体チップを、単に「チップ」とも呼んで説明する。
配線回路基板としては、チップと共に封止されるパッケージ用回路基板や、他の素子が多数実装される一般的な回路基板などが挙げられる。また、チップとパッケージ用回路基板との接続には、インターポーザと称される接点付きのフレキシブル配線回路基板を間に介在させる場合もある(特許文献1、2)。
いずれの配線回路基板も、基本的には、ベース絶縁層(絶縁性のフィルム基材)上に回路層が積層された構造を持っており、該ベース絶縁層は、薄い樹脂製の基板である。
よって、従来では、特許文献1、2などに示されているとおり、先ず、ステンレスなどからなる金属製支持基板上にフレキシブルな配線回路基板を形成して適当な剛性を与え、取り扱い性を改善した状態でチップ実装を行ない、そして、チップを実装して剛性が向上した後に金属製支持基板をエッチングにより除去するといった方法が用いられている。
即ち、従来では、上記説明のとおり、金属製支持基板上にフレキシブルな配線回路基板を形成し、半導体素子を実装した後に金属製支持基板を除去している。ここで、金属製支持基板と配線回路基板とは、一体不可分な積層体として形成され、素子実装の後、該金属製支持基板を除去する際には、エッチングが用いられている。
本発明者等が見出した問題点は、エッチングによって金属製支持基板を除去すると、該金属製支持基板が消失するので、該金属製支持基板を再利用することができないという点である。また、従来では特に問題とはされていなかったが、エッチングによって金属製支持基板を除去する工程があるために、レジストの付与と除去など、製造工程が煩雑になっており、製造コストが高くなっていることも問題である。またさらに、逐一エッチングによって金属製支持基板を除去していたのでは、エッチングの廃液処理の環境負荷も大きいという問題もある。
即ち、本発明は、次の特徴を有するものである。
(1)金属製支持基板上に、剥離層を介して樹脂層が積層された構造を有する積層体であって、
剥離層が酸化窒化チタンからなる層であり、それによって、樹脂層だけが当該積層体から剥離可能となっている、前記積層体。
(2)酸化窒化チタンからなる層が、金属製支持基板上に形成された窒化チタン層を、酸化させることによって形成された層である、上記(1)に記載の積層体。
(3)当該積層体が、樹脂層上に他の層を形成してなる積層構造を有する物品を製造するための素材として用いられるものであって、
樹脂層が、前記積層構造を有する物品の樹脂層として利用可能となるように、その材料と厚さとが選択されている、上記(1)または(2)に記載の積層体。
(4)前記積層構造を有する物品が、半導体素子を実装するための配線回路基板であって、該配線回路基板は、樹脂層をベース絶縁層とし、その上に導体層を回路パターンとして形成してなる積層構造を少なくとも有するものであり、
当該積層体の樹脂層が、前記配線回路基板のベース絶縁層として利用可能となるように、その材料と厚さとが選択されている、上記(3)に記載の積層体。
(5)上記(4)に記載の積層体が用いられ、
該積層体の樹脂層の上に少なくとも導体層が回路パターンとして形成され、それによって、該樹脂層をベース絶縁層とし、その上に導体層を回路パターンとして形成してなる積層構造を少なくとも有する配線回路基板が、前記積層体中の剥離層上に存在していることを特徴とする、剥離可能な金属製支持基板付きの配線回路基板。
(6)上記(1)記載の積層体の製造方法であって、
金属製支持基板上に窒化チタン層を形成する工程、
前記窒化チタン層を酸化して酸化窒化チタン層を形成する工程、および、
前記酸化窒化チタン層上に樹脂層を形成する工程
を含むことを特徴とする、前記積層体の製造方法。
酸化窒化チタンは、TiNxOy (0<x<1、0<y<2)で表される化合物である。
当該積層体の特徴をより有効に利用するための用途として、例えば、その樹脂層上に導体層(回路パターン)を形成し、チップ実装のための配線回路基板とすれば、チップを該配線回路基板に実装した後、エッチングを行うことなく、金属製支持基板を剥離層と共に単純に樹脂層から剥離でき、該金属製支持基板を破損することなく分離することができる。
よって、煩雑なエッチング工程が不要になり、かつ、金属製支持基板を再利用することも可能になり、製造コストを低減することができる。
また、エッチングが不要となるために、その廃液処理の問題も根本的に無くなる。
酸化窒化チタン層の酸化度を高くするほど、剥離層と樹脂層との間の剥離力は低くなる。尚、酸化窒化チタン層の酸化度を変化させても、剥離層と金属製支持基板との間の剥離力は、特に変化しない。
剥離層と樹脂層との間の剥離力は、樹脂層に用いられる樹脂材料の種類によって変化する場合があるが、剥離力を調整できるという性質によって、常に適切な剥離力を得ることができる。
図1は、本発明の積層体の構造とその作用を模式的に示した図である。同図(a)に示すように、当該積層体は、金属製支持基板1の上に、酸化窒化チタンからなる剥離層2を介して樹脂層3が積層された構造を少なくとも有する。
本発明では、この酸化窒化チタンからなる剥離層2が、次の(A)、(B)の条件を満たすので、樹脂層だけを積層体から剥離させるのに好ましい層であることを見出している。
(A)剥離層2と金属製支持基板1との密着力が、剥離層2と樹脂層3との密着力よりも大きい。
(B)樹脂層3が剥離層2から剥離可能である。
当該積層体の構成と上記性質によって、図1(b)に示すように、樹脂層3だけが当該積層体から剥離可能となっており、金属製支持基板1をエッチングによらず、損傷無く、容易に回収することが可能となっている。
当該積層体の用途が、半導体素子を実装するための配線回路基板である場合、半導体素子と金属製支持基板との線膨張係数の差を小さくするために、ニッケルと鉄を主な成分とする合金(例えば、42アロイ)を用いることが好ましい。
金属製支持基板の厚さが5μmを下回ると、取り扱い性が悪い場合があり、70μmより厚いと、ロール・トゥ・ロールによる生産が困難になる場合がある。
スパッタガスの母材となるガス(窒素ガスと混合すべき主体となるガス)としては、アルゴンガスが代表的なものとして挙げられる。このとき、スパッタガス中の窒素ガスの含有量を制御することで、得られる窒化チタンの窒化度を制御することができる。
酸素を含有する好ましい雰囲気ガスとしては、空気が挙げられる。また、必要に応じて、酸素濃度を変化させてもよいし、不活性ガス中に所定の比率にて酸素を混合した雰囲気ガスを用いてもよい。
窒化チタン層の酸化とは、チタン原子に新たに酸素が結合する、あるいは、チタン原子から窒素が離脱して替りに酸素が結合する変化を意味する。
加熱時の気圧は、特に限定はなく、大気圧が加工に便利である。
また、加熱時間は、30分〜300分程度、好ましくは、60分〜150分程度である。
加熱温度と加熱時間の一方または両方を制御することで、酸化窒化チタン層の酸化度を制御することができる。例えば、加熱温度はより高い方が、また、加熱時間はより長い方ば、酸化窒化チタン層の酸化度がより高くなる。また、酸化度を変化させるために、雰囲気ガス中の酸素濃度を変化させてもよい。
加熱温度と加熱時間は、上記範囲の中から自由に選択してよいが、加工時間の短縮や、面方向・厚さ方向に均一性をもった酸化窒化チタン層が得られるように、温度と時間とを互いに関連付けた組合せを選択するのが好ましい。例えば、厚さ10nm〜50nm程度の窒化チタン層を大気中において加熱し酸化させる場合、加熱温度50℃〜200℃程度にて、加熱時間を30分〜180分とする組合せが好ましい組合せ例として挙げられる。
金属製支持基板上の窒化チタン層を酸素含有ガス中で加熱するという加工の結果、酸化窒化チタン層の表面側(上面側)と裏面側(金属製支持基板との界面側)との間で、酸化度に差異があってもよい。
特に、当該積層体を用いて配線回路基板を製造する場合、即ち、樹脂層が配線回路基板のベース絶縁層となる場合、金属製支持基板を剥離した後の樹脂層が、より薄く、より大きな機械的強度を有し、より好ましい電気的特性(絶縁特性など)を有するフレキシブルなベース絶縁層となる点からは、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ガラス布複合エポキシ樹脂などが樹脂層の好ましい材料として挙げられる。
樹脂層の材料がポリイミドの場合は、ポリアミック酸の溶液を塗布、乾燥して、ポリアミック酸からなる層を積層した後、300℃以上の温度で加熱しイミド化し、目的の樹脂層とする。上記したように、このような高温の加熱を行う場合でも、剥離層が酸化窒化チタンからなる層であるから、金属製支持基板との密着力が劣化することはない。
一方、金属製支持基板と剥離層との密着力は、600N/m以上となり、剥離層と樹脂層との密着力に比べて充分に大きいものとなる。
この密着力の差異によって、図1(b)に示すように、樹脂層だけを当該積層体から容易に剥がすことができ、かつ、金属製支持基板を、剥離層が付いた状態で、損傷なく回収できるようになる。
当該積層体の樹脂層の上に回路等を形成すれば、金属製支持基板を剥離可能に有する配線回路基板が得られる。
金属製支持基板と剥離層との密着力の測定方法も、前記と同様である。
いずれの場合にも、当該積層体の樹脂層が製造目的とする物品の樹脂層となるように(例えば、物品が配線回路基板の場合には、樹脂層が配線回路基板のベース絶縁層として機能し得るように)、その樹脂の材料、厚さを選択すればよい。
製造目的の配線回路基板は、樹脂製のベース絶縁層と、その上に回路パターンとして形成された導体層が形成された積層構造を少なくとも有するものである。
先ず、図2(a)に示すように、製造目的の配線回路基板のベース絶縁層を樹脂層3として有する当該積層体Aを用意する。該積層体Aは、図1(a)と同様、金属製支持基板1上に、剥離層2を介して樹脂層3が積層された構造を有するものである。
次に、図2(b)に示すように、樹脂層3の上に導体層4を回路パターンの態様にて形成する。この時点で、該樹脂層3と導体層4とを有する配線回路基板Bが、当該積層体A中の剥離層2の上に剥離可能に形成されたとみなすことができる。
導体層4の上には、図2(c)に断面を示すように、導体パターンを適宜覆うカバー絶縁層5、該カバー絶縁層5上に形成された接点6(該接点は導通路を通じて導体パターン5と接続されている)などを、必要に応じてさらに形成してもよい。
配線回路基板Bの構造は、樹脂層3をベース絶縁層として、その上に、導体層をさらに多重に形成してもよく、目的に応じて、従来公知のあらゆる配線回路基板の構造を採用してよい。
接点の表面には、接触信頼性を向上させるための貴金属被膜を形成してもよい。
半導体素子を実装するための配線回路基板では、導体パターンの厚さは、3μm〜20μmが好ましい。カバー絶縁層の厚さは、2μm〜10μmが好ましい。
また、カバー絶縁層は、接着剤からなる層であってもよい。
当該配線回路基板の好ましい用途としては、図2(d)に例示するように、導体層4に半導体素子Cをボンディングした後、金属製支持基板1と剥離層2とを、樹脂層3から剥離して、半導体装置を得るといった、半導体装置の製造への用途が挙げられる。図2(d)は、図2(b)の積層体に半導体素子Cをボンディングした例であるが、該積層体は、図2(c)の積層体など、本願発明に含まれる積層体を用いればよい。
実施例1
本実施例では、図1(a)に示すように、金属製支持基板1としてステンレス箔(SUS304、厚さ20μm)を用い、その上に、剥離層2として厚さ20nmの酸化窒化チタン層を形成し、さらにその上に、樹脂層3として厚さ10μmのポリイミド層を形成して、当該積層体を得た。
〔窒化チタン層の形成〕
チタンをターゲットとし、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガス(窒素ガスの含有比率12.5〔体積%〕)をスパッタガスとして用いたスパッタリング法により、金属製支持基板(ステンレス箔)の表面に、厚さ20nmの窒化チタン層を形成した。
〔酸化窒化チタン層の形成:窒化チタン層の酸化〕
前記加工にて得た金属製支持基板と窒化チタン層との積層体を、熱風加熱装置を用いた加熱によって、大気中で100℃にて2時間加熱し、窒化チタン層を酸化窒化チタン層とした。
上記と同様の加工ステップにて、金属製支持基板上に剥離層と樹脂層とを順に形成した積層体を、剥離力測定用の試験片として別途作製し、引張り試験機を用いた上述の試験方法によって剥離層と樹脂層との密着力を測定したところ、61N/mであった。この密着力に対して、剥離層と金属製支持基板との密着力は、測定するまでもなく充分に大きく、3層構造(樹脂層/剥離層/金属製支持基板)の樹脂層と金属製支持基板とに対して引き剥がそうとする力を加えたとき、樹脂層と剥離層との界面での剥離を容易に生じさせ得るものであった。
上記で得られた積層体の樹脂層(ポリイミド層)をベース絶縁層として用い、該ベース絶縁層上にセミアディティブ法により、電解めっき銅からなる所定の導体パターン(厚さ5μm)を形成し、さらに、その導体パターンの上に、上記ポリアミック酸溶液を用いて、ポリイミドからなる所定形状のカバー絶縁層(厚さ3μm)を形成し、剥離可能な金属製支持基板付きの配線回路基板(配線回路基板部分の総厚さは18μm)を得た。
本実施例では、剥離層の形成プロセスにおいて、窒化チタン層の大気中での加熱による酸化を、150℃にて2時間加熱したこと以外は、実施例1と同様にして、本発明の積層体と剥離力測定用の試験片を製作し、該積層体を用いて配線回路基板を製作した。
実施例1と同様にして、剥離層と樹脂層との密着力を測定したところ、22N/mであった。この密着力に対して、剥離層と金属製支持基板との密着力は、実施例1と同様、測定するまでもなく充分に大きく、樹脂層と剥離層との界面での剥離を容易に生じさせ得るものであった。
本比較例は、本発明で推奨する剥離層の材料が優れた剥離性を示すものであることを明らかにするための実験例であって、剥離層として、真空蒸着法によって厚さ27nmのアルミニウム薄膜を形成したこと以外は、実施例1と同様の手順にて積層体を形成した。
アルミニウム薄膜の表層は、空気中の酸素との反応によって酸化アルミニウムとなっていた。
実施例1と同様にして、剥離層と樹脂層とを剥離しようとしたところ、剥離層と樹脂層との密着力は強固であり、樹脂層の機械的強度を上回っているために、剥離することができなかった。
本比較例は、比較例1と同様の実験例であって、剥離層として、クロムをターゲットとするDCスパッタリング法によって厚さ23nmのクロム薄膜を剥離層として形成したこと以外は、実施例1と同様にして積層体を形成した。
クロム薄膜の表層は、空気中の酸素との反応によって酸化クロムとなっていた。
実施例1と同様にして、剥離層と樹脂層とを剥離しようとしたところ、剥離層と樹脂層との密着力は強固であり、樹脂層の機械的強度を上回っているために、剥離することができなかった。
本比較例は、比較例1、2と同様の実験例であって、剥離層として、ニッケル−クロム合金をターゲットとするDCスパッタリング法によって、厚さ62nmのニッケル・クロム合金薄膜を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、積層体を形成した。
ニッケル・クロム合金薄膜の表層は、空気中の酸素との反応によってニッケル・クロム合金の酸化物が形成されていた。
実施例1と同様にして、剥離層と樹脂層とを剥離しようとしたところ、剥離層と樹脂層との密着力は強固であり、樹脂層の機械的強度を上回っているために、剥離することができなかった。
本比較例は、従来技術の積層体の剥離性を確認するための実験例であって、剥離層を介在させず、金属製支持基板上に直接的に樹脂層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、積層体を形成した。
実施例1と同様にして、樹脂層と金属製支持基板とを剥離しようとしたところ、両者の間の密着力は強固であり、樹脂層の機械的強度を上回っているために、剥離することができなかった。
2 剥離層
3 樹脂層
Claims (6)
- 金属製支持基板上に、剥離層を介して樹脂層が積層された構造を有する積層体であって、
剥離層が酸化窒化チタンからなる層であり、それによって、樹脂層だけが当該積層体から剥離可能となっている、前記積層体。 - 酸化窒化チタンからなる層が、金属製支持基板上に形成された窒化チタン層を、酸化させることによって形成された層である、請求項1記載の積層体。
- 当該積層体が、樹脂層上に他の層を形成してなる積層構造を有する物品を製造するための素材として用いられるものであって、
樹脂層が、前記積層構造を有する物品の樹脂層として利用可能となるように、その材料と厚さとが選択されている、請求項1または2に記載の積層体。 - 前記積層構造を有する物品が、半導体素子を実装するための配線回路基板であって、該配線回路基板は、樹脂層をベース絶縁層とし、その上に導体層を回路パターンとして形成してなる積層構造を少なくとも有するものであり、
当該積層体の樹脂層が、前記配線回路基板のベース絶縁層として利用可能となるように、その材料と厚さとが選択されている、請求項3に記載の積層体。 - 請求項4に記載の積層体が用いられ、
該積層体の樹脂層の上に少なくとも導体層が回路パターンとして形成され、それによって、該樹脂層をベース絶縁層とし、その上に導体層を回路パターンとして形成してなる積層構造を少なくとも有する配線回路基板が、前記積層体中の剥離層上に存在していることを特徴とする、剥離可能な金属製支持基板付きの配線回路基板。 - 請求項1記載の積層体の製造方法であって、
金属製支持基板上に窒化チタン層を形成する工程、
前記窒化チタン層を酸化して酸化窒化チタン層を形成する工程、および、
前記酸化窒化チタン層上に樹脂層を形成する工程
を含むことを特徴とする、前記積層体の製造方法。
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