JP2019518861A - 金積層銅フィルム及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 金積層銅フィルムの提供。
【解決手段】 上記金積層銅フィルムは、銅からなる金属層と、上記金属層上に位置しており、黄銅、マンガン黄銅、りん青銅、シルジン、デルタメタル、ネーバル黄銅、アルミニウム（Ａｌ）−黄銅合金、銅（Ｃｕ）−スズ（Ｓｎ）合金、青銅（ｂｒｏｎｚｅ）又は銅（Ｃｕ）−鉛（Ｐｂ）合金からなる金属保護層と、上記金属保護層上に位置している金層とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金積層銅フィルム及びその製造方法に関する。
一般に、メッキ法、熱蒸着法又はスパッタリング法のような金属表面処理技術は、金属の耐食性及び耐摩耗性などを向上させると同時に金属表面の色彩及び光沢を良くし、金属の価値を高める。
特に、金属表面処理物質の中でも、貴金属である金は、製品の価値を高めるだけでなく、金の持つ優れた熱的及び電気的特性によって電子製品や半導体製品などにおいて素子の端子や配線などの材料として多用されている。
したがって、銅（Ｃｕ）などのような金属に金をメッキする金メッキ法は、装飾品のような生活雑貨の他にも、電子製品や半導体部分のような様々な産業分野で用いられている。
一方、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）製造工程において最後に行なわれる工程は表面処理工程である。
この表面処理工程は、最終ソルダリング（Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）工程がなされるまでソルダーパッド（Ｓｏｌｄｅｒ Ｐａｄ）表面の酸化を防止するための最後の工程であって、非常に重要な工程である。
表面処理技術は、ＨＡＳＬ（Ｈｏｔ Ａｉｒ Ｓｏｌｄｅｒ Ｌｅｖｅｌｉｎｇ）、無電解金（Ａｕ）メッキ、プリフラックス（Ｐｒｅ−ｆｌｕｘ）と通称されるＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｄｅｒ ａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ）、無電解スズ（Ｓｎ）、無電解銀（Ａｇ）メッキ、パラジウム（Ｐｄ）メッキなどがある。
金メッキは、銅に金をメッキする場合が一般であり、銅上に金をメッキする前に、まずニッケル（Ｎｉ）を銅上にメッキして金が銅箔組職内に侵入することを防止するニッケル層を金属保護層（Ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅｒ）として使用する。
ところで、このように、金メッキする前にニッケルを用いたニッケル層を保護金属層として使用する場合、ソルダリング工程後にニッケル層の酸化によってニッケル層が剥離する現象が発生する。
しかしながら、ソルダリング工程を完了するまではこのようなニッケル層の剥離現象を検出することができず、当該製品の不良率が増加する原因となってきた。
大韓民国特許出願公開第１０−２０１４−００７５８４３号公報（公開日：２０１４年０６月２０日、発明の名称：伝導性ナノポリマーを用いた無電解金メッキ方法）
そこで、本発明が遂げようとする技術的課題は、金属上に積層された層の剥離現象を防止して当該製品の不良率を減少させることにある。
本発明の一特徴に係る金積層銅フィルムは、銅を含有する物質からなる金属層と、上記金属層上に位置しており、黄銅、マンガン黄銅、りん青銅、シルジン、デルタメタル、ネーバル黄銅、アルミニウム（Ａｌ）−黄銅合金、銅（Ｃｕ）−スズ（Ｓｎ）合金、青銅（ｂｒｏｎｚｅ）又は銅（Ｃｕ）−鉛（Ｐｂ）合金からなる金属保護層と、上記金属保護層上に位置している金層とを含む。
上記金属層は、圧延銅箔、電解銅箔（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃｏｐｐｅｒ ｆｏｉｌ）、又は電池用銅箔からなることが好ましい。
上記金属層は１０μｍ〜１００μｍの厚さを有し、上記金属保護層は２００Å〜１０００Åの厚さを有し、上記金層は２００Å〜１０００Åの厚さを有することができる。
本発明の他の特徴に係る金積層銅フィルムの製造方法は、銅を含有する物質からなる金属層上に、ロールツーロールスパッタリング法で金属保護層を形成する段階と、上記保護金属層上にロールツーロールスパッタリング法で金層を形成する段階とを含み、上記金属保護層は、黄銅、マンガン黄銅、りん青銅、シルジン、デルタメタル、ネーバル黄銅、アルミニウム（Ａｌ）−黄銅合金、銅（Ｃｕ）−スズ（Ｓｎ）合金、青銅（ｂｒｏｎｚｅ）又は銅（Ｃｕ）−鉛（Ｐｂ）合金からなる。
上記金属層は、圧延銅箔、電解銅箔（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃｏｐｐｅｒ ｆｏｉｌ）、又は電池用銅箔からなってもよい。
上記特徴に係る金積層銅フィルムの製造方法は、上記金層上にハンダを用いたソルダリング工程を行って、部品の端子と上記金層とが連結される連結部を形成する段階をさらに含むことができる。
このような特徴によれば、銅からなる金属層上に金を直接積層する代わりに、金属層上に銅合金からなる金属保護層を積層した後、金のスパッタリング動作を行うため、金属層に金が侵入する現象を防止し、金属層と金との付着力を増加させ、形成された金層の光沢を向上させる。
また、メッキ法の代わりにスパッタリング法を利用し、ソルダリング工程にける酸化現象によってメッキした金の剥離現象の原因となるニッケル層を保護金属層として使用する代わりに、銅合金を金属保護層として使用するため、ソルダリング工程後に金層が剥離する現象が防止される。
本発明の一実施例に係る金積層銅フィルムの断面図である。 本発明の一実施例に係る金積層銅フィルムの製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る金積層銅フィルムの製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る金積層銅フィルムと端子を有する部品とのソルダリング工程の一例を示す図である。 本発明の一実施例に係る金積層銅フィルムと端子を有する部品とのソルダリング工程の一例を示す図である。
以下では、添付の図面を参照して、本発明の実施例について、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。ただし、本発明は、様々なその他の形態として具現することもでき、ここで説明する実施例に限定されない。なお、図面において、本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体を通じて類似の部分には類似の参照符号を付けるものとする。
ある構成要素が他の構成要素に“接続されて”いる又は“連結されて”いると言及されたとき、当該他の構成要素に直接接続されている又は連結されていてもよいが、中間にさらに他の構成要素が存在してもよいと理解しなければならない。しかし、ある構成要素が他の構成要素に“直接接続されて”いる又は“直接連結されて”いると言及されたときは、中間にさらに他の構成要素が存在しないと理解しなければならない。
以下、添付の図面を参照して本発明の一実施例に係る金積層銅フィルム及びその製造方法について説明する。
まず、図１を参照して、金積層銅フィルムについて詳しく説明する。
図１に示すように、この例に係る金積層銅フィルム１００は、金属層１１０、金属層１１０の上部及び下部にそれぞれ位置している第１及び第２金属保護層１２１，１２２、及び第１及び第２金属保護層１２１，１２２上にそれぞれ位置している第１及び第２金層１３１，１３２を具備する。
第１及び第２金層１３１，１３２の少なくとも一つ（例えは、第１金層１３１）上には配線が位置し得る。
この例の金属層１１０は、銅（Ｃｕ）を含有する物質からなる銅箔であり、具体的に、圧延銅箔（ｒｏｌｌｅｄ ｃｏｐｐｅｒ ｆｏｉｌ）、電解銅箔（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃｏｐｐｅｒ ｆｏｉｌ）、又は電池用銅箔からなり得る。
このような金属層１１０は１０μｍ〜１００μｍの厚さを有する。
金属層１１０の上部及び下部にそれぞれ位置している第１及び第２金属保護層１２１，１２２は互いに同一の厚さを有し、例えば、２００Å〜１０００Åの厚さを有することができる。
また、第１及び第２金属保護層１２１，１２２はそれぞれ、黄銅（ｂｒａｓｓ）、マンガン黄銅（ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｂｒａｓｓ）、りん青銅（ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｂｒｏｎｚｅ）、シルジン（ｓｉｌｚｉｎ）、デルタメタル（ｄｅｌｔａ ｍｅｔａｌ）、ネーバル黄銅（ｎａｖａｌ ｂｒａｓｓ）、アルミニウム（Ａｌ）−黄銅合金、銅（Ｃｕ）−スズ（Ｓｎ）合金（例えは、青銅（ｂｒｏｎｚｅ））又は銅（Ｃｕ）−鉛（Ｐｂ）合金などの銅合金からなり得る。
第１及び第２金属保護層１２１，１２２上にそれぞれ位置しており、金（Ａｕ）からなる第１及び第２金層１３１，１３２は、２００Å〜１０００Åの厚さを有することができる。
この例の場合、銅箔からなる金属層１１０上に金（Ａｕ）を直接積層する代わりに、金属層１１０上に銅合金からなる金属保護層１２１，１２２を積層した後、金のスパッタリング動作を実施して、金属層１１０との金の付着力を増加させ、且つ形成された金層１３１，１３２の光沢を向上させる。
また、メッキ法を用いる代わりにスパッタリング法を利用し、特に、ソルダリング工程時の酸化現象によってメッキした金の剥離現象の原因となるニッケル層を金属保護層として使用する代わりに、銅合金を金属保護層として用いるため、ソルダリング工程後に金層が剥離する現象が防止される。
このような構造を有する金積層銅フィルム１００の製造方法について、図２及び図３を参照して説明する。
この例の場合、一つの金積層銅フィルム１００を製造するために、積層される層数分だけ隔壁などで区切られた隔室が設けられている一つのチャンバーを用いてそれぞれの該当の層が順次に形成されるが、これとは違い、別個のチャンバーでそれぞれの該当の層が順次に形成されてもよい。
まず、基材層である金属層１１０が、所望の各層を積層するための工程チャンバーの該当の隔室に移動する。
このとき、金属層１１０は、圧延銅箔、電解銅箔（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃｏｐｐｅｒ ｆｏｉｌ）、又は電池用銅箔のように、銅（Ｃｕ）を含有する物質からなり得る。
この例で、各層１１０，１２１，１２２，１３１，１３２は、ロールツーロールスパッタリング（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）装備を使用するロールツーロールスパッタリング法で製造される。
このとき、工程チャンバーの初期真空度は１×１０−６ｔｏｒｒ〜９×１０−６ｔｏｒｒに維持される。
このような工程チャンバーの初期真空度は、基材層として働く金属層１１０の水分を除去するためのものであり、所望の真空度に到達するために、高真空ポンプであるターボポンプ（ｔｕｒｂｏ ｐｕｍｐ）、ＤＰポンプ（ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ ｐｕｍｐ）、又はクライオポンプ（ｃｒｙｏ ｐｕｍｐ）などを用いることができる。
このように、工程チャンバーの初期真空度が所望の大きさに調整されると、金属層１１０は工程チャンバーに移動し、続いて、スパッタリング工程のためのプラズマ（ｐｌａｓｍａ）形成のために、注入量制御器（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＭＦＣ）を用いて、雰囲気ガス（すなわち、プラズマガス）である不活性ガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスが工程チャンバーに導入され、これによって、工程チャンバーの真空度は１×１０−３ｔｏｒｒ〜９×１０−３ｔｏｒｒ、好ましくは、１×１０−３ｔｏｒｒ〜５×１０−３ｔｏｒｒとなり、工程チャンバーの真空状態が初期状態から作業状態に調整される。
このとき、アルゴン（Ａｒ）ガスの導入量は１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍであってもよい。
アルゴンガスの導入量が各下限値（１００ｓｃｃｍ）以上であれば、安定してスパッタリング工程が行なわるため、所望の層の積層動作が安定して行われ、アルゴンガスの導入量が各上限値（５００ｓｃｃｍ）以下であれば、発生したイオン数の増加によるプラズマ形成時のイオンとの衝突によって積層効率が減少することが防止される。
このような工程チャンバーの雰囲気で、プラズマ工程を実施するためにＤＣ電源生成器やＤＣパルス電源生成器によって電源が供給されると、注入されたスパッタリングガス（アルゴンガス）は、陰極（例えば、ターゲット物質）側から放出された電子と衝突して励起（ｅｘｉｔ）し、Ａｒ＋となる。励起したアルゴンガス（Ａｒ＋）は、ターゲット物質の位置している陰極側に移動してターゲット物質と衝突し、このような衝突によってプラズマが生成されて陽極側に位置している金属層１１０上に積層され、よって、ターゲット物質からなる第１及び第２金属保護層１２１，１２２が金属層１１０の上部及び下部上にそれぞれ積層される（図２）。
金属層１１０の前面（すなわち、上部面）及び後面（すなわち、下部面）にそれぞれスパッタリング工程で第１及び第２金属保護層１２１，１２２を形成するために、まず、金属層１１０の前面又は後面に第１金属保護層１２１又は第２金属保護層１２２を形成し、続いて同じ工程チャンバーの雰囲気で、金属層１１０の残った面（例えば、後面又は前面）に第２金属保護層１２２又は第１金属保護層１２１を形成する。
この例で、第１及び第２金属保護層１２１，１２２のためのターゲット物質は、銅の合金物質が使用され、例えば、黄銅（ｂｒａｓｓ）、マンガン黄銅（ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｂｒａｓｓ）、りん青銅（ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｂｒｏｎｚｅ）、シルジン（ｓｉｌｚｉｎ）、デルタメタル（ｄｅｌｔａ ｍｅｔａｌ）、ネーバル黄銅（ｎａｖａｌ ｂｒａｓｓ）、アルミニウム（Ａｌ）−黄銅合金、銅（Ｃｕ）−スズ（Ｓｎ）合金（例えは、青銅（ｂｒｏｎｚｅ））又は銅（Ｃｕ）−鉛（Ｐｂ）合金であってもよい。
このように、金属層１１０上に第１及び第２金属保護層１２１，１２２が積層された銅箔が製造されると、製造された銅箔は、第１及び第２金層１３１，１３２を積層するための隔室に移動する。
第１及び第２金層１３１，１３２のために、ターゲット物質である金（Ａｕ）が位置している該当の隔室に、雰囲気ガスであるアルゴンガスを該当の量だけ注入した後、電源が供給されると、アルゴンガス（Ａｒ＋）によるスパッタリング動作によって第１及び第２金属保護層１２１，１２２上にそれぞれ第１及び第２金層１２１，１２２が形成される（図３）。この時、第１及び第２金層１３１，１３２の形成順序は必要によって変更される。
第１及び第２金層１３１，１３２のためのアルゴン（Ａｒ）ガスの導入量は１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍであってもよい。
このように、第１及び第２金属保護層１２１，１２２は、異物が侵入して行われるメッキ工程ではなく、異物のない真空状態で行われるスパッタリング工程を用いて形成する。
これによって、異物による問題、例えば、第１及び第２金属保護層１２１，１２２及びその上に形成される金層１３１，１３２の少なくとも一つが異物によって酸化する現象又は金層１３１，１３２が剥離する現象などの問題が防止されたり減少する。
さらに、配線形成のためのソルダリング工程の際、異物によるクラック（ｃｒａｃｋ）や酸化現象が防止され、配線接点不良の発生率が減少する。
また、この例の場合、第１及び第２金属保護層１２１，１２２用に、ソルダリング工程のための高温工程時に熱酸化現象が発生するニッケルではなく、熱に強い銅の合金を使用する。これによって、ソルダリング工程時に行なわれる高温工程による酸化現象が減少したり防止され、上に述べたように、第１及び第２金属保護層１２１，１２２の形成時に異物の侵入がないので、ソルダリング時に異物による酸化現象とクラック（ｃｒａｃｋ）現象が防止される。
スパッタリング工程時に形成された膜の緻密度及び平坦度が、メッキ工程で形成された膜の緻密度及び平坦度よりも大きいため、第１及び第２金属保護層１２１，１２２の緻密度及び平坦度は、メッキ工程で形成された場合に比べて増加する。
これによって、第１及び第２金属保護層１２１，１２２への酸素及び異物の侵入が難しくなり、第１及び第２金属保護層１２１，１２２の酸化現象が減少すると共に剥離現象も減る。
また、このような第１及び第２金属保護層１２１，１２２の緻密度及び平坦度の増加によって、既存に比べて小さい厚さで金層１３１，１３２を形成しても金層１３１，１３２の付着力が増加し、使用される金の量が減って経済性が向上する。
なお、銅の合金物質の形成による光沢などの増加によって、第１及び第２金属保護層１２１，１２２が形成された製品の審美性が向上する。
この例で、金属保護層１２１，１２２の形成のために該当の隔室に注入されるアルゴンガスの量と金層１３１，１３２の形成のために該当の隔室に注入されるアルゴンガスの量とが異なってもよく、同じであってもよい。
また、この例で、ロールツーロールスパッタリングのための金属層１１０の走行速度は、１〜１０ｍ／ｍｉｎであってもよい。
このとき、金属層１１０の走行速度と、スパッタリング工程時にプラズマ形成のために印加される電力の大きさ、すなわち、ＤＣ電源生成器やＤＣパルス電源生成器の電源の大きさは、形成される各層１２１，１２２，１３１，１３２の積層厚さによって定めることができる。
このように、金属層１１０上に所望の厚さの金層１３１，１３２が形成された金積層銅フィルム１００は、部品が実装される印刷回路基板（ＰＣＢ，ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）上に位置する配線として機能できる。
次に、図４及び図５を参照して、金積層銅フィルム１００が印刷回路基板の配線として機能し、その上に位置する部品との連結のためのソルダリング法の一例を説明する。
この例では、金積層銅フィルム１００と印刷回路基板上に位置する部品２００は、その下部に位置する金積層銅フィルム１００との電気的な連結のための端子としてソルダーボール（ｓｏｌｄｅｒ ｂａｌｌ）を具備している場合について説明するが、これに限定されない。
まず、図４に示すように、金積層銅フィルム１００とソルダーボール２１０を有する部品２００との電気的及び物理的な連結のために、端子、すなわちソルダーボール２１０を有する部品２００を、フリップチップ（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ）工程又はピックアンドプレース（ｐｉｃｋ ａｎｄ ｐｌａｃｅ）工程を用いて、所望の金積層銅フィルム１００上に位置させる。
その後、金積層銅フィルム１００上に位置している部品２００を、金積層銅フィルム１００上に固定するために、オーブン機（ｏｖｅｎ）などを用いて、金積層銅フィルム１００が位置している印刷回路基板を熱処理する。このとき、熱処理温度は１００℃〜３００℃、熱処理時間は１分〜３分であってもよい。
このような熱処理動作によって金積層銅フィルム１００中の金（Ａｕ）が溶けて、金積層銅フィルム１００とその上に位置している部品２００のソルダーボール２１０とが電気的及び物理的に連結され、金積層銅フィルム１００の金層１３１又は１３２と部品の端子であるソルダーボール２１０とが連結された連結部３００を形成する。
上述したように、一例として、部品の端子がソルダーボールからなる場合について説明したが、これに限定されず、様々な種類のソルダリング工程がこの例に適用されてもよいことは明らかである。
この例で、金積層銅フィルム１００は金属層１１０の前面及び後面の両方に金属保護層１２１，１２２と金層１３１，１３２が位置するが、これに限定されず、金積層銅フィルムは、金属層１１０の前面又は後面のいずれか一方にのみ、金属保護層１２１又は１２２と金層１３１又は１３２が形成されてもよい。
また、第１及び第２金属保護層１２１，１２２を形成する前に、直流ボンバード（ＤＣ ｂｏｍｂａｒｄ）工程を用いて金属層１１０の表面改質動作をさらに実施し、金属層１１０の表面上に形成された第１及び第２金属保護層１２１，１２２の積層効率を向上させる。
以上、本発明の好適な実施例について詳しく説明してきたが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、添付する特許請求の範囲で定義する本発明の基本概念に基づく当業者の様々な変形及び改良の形態も本発明の権利範囲に属する。

Claims (6)

  1. 銅を含有する物質からなる金属層と、
    上記金属層上に位置しており、黄銅、マンガン黄銅、りん青銅、シルジン、デルタメタル、ネーバル黄銅、アルミニウム（Ａｌ）−黄銅合金、銅（Ｃｕ）−スズ（Ｓｎ）合金、青銅（ｂｒｏｎｚｅ）又は銅（Ｃｕ）−鉛（Ｐｂ）合金からなる金属保護層と、
    上記金属保護層上に位置している金層と、
    を含む、金積層銅フィルム。
  2. 上記金属層は、圧延銅箔、電解銅箔（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃｏｐｐｅｒ ｆｏｉｌ）、又は電池用銅箔からなる、請求項１に記載の金積層銅フィルム。
  3. 上記金属層は１０μｍ〜１００μｍの厚さを有し、
    上記金属保護層は２００Å〜１０００Åの厚さを有し、
    上記金層は２００Å〜１０００Åの厚さを有する、請求項１に記載の金積層銅フィルム。
  4. 銅を含有する物質からなる金属層上にロールツーロールスパッタリング法で金属保護層を形成するステップと、
    上記金属保護層上にロールツーロールスパッタリング法で金層を形成するステップと、
    を含み、
    上記金属保護層は、黄銅、マンガン黄銅、りん青銅、シルジン、デルタメタル、ネーバル黄銅、アルミニウム（Ａｌ）−黄銅合金、銅（Ｃｕ）−スズ（Ｓｎ）合金、青銅（ｂｒｏｎｚｅ）又は銅（Ｃｕ）−鉛（Ｐｂ）合金からなる、金積層銅フィルムの製造方法。
  5. 上記金属層は、圧延銅箔、電解銅箔、又は電池用銅箔からなる、請求項４に記載の金積層銅フィルムの製造方法。
  6. 上記金層上にハンダを用いたソルダリング工程を行って、部品の端子と上記金層とが連結される連結部を形成するステップをさらに含む、請求項４に記載の金積層銅フィルムの製造方法。
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