JP2022172791A

JP2022172791A - Ｆｐｃベースの金属回路構造及びその加工方法

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Publication number: JP2022172791A
Application number: JP2021078999A
Authority: JP
Inventors: 正能陳; Cheng-Neng Chen; 水河蔡; Shui-He Tsai; 允男王; Yun-Nan Wang; 喬暉王; Chiao-Hui Wang
Original assignee: Aplus Semiconductor Technologies Co Ltd
Current assignee: Aplus Semiconductor Technologies Co Ltd
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2041-05-07
Also published as: JP7109873B1

Abstract

【課題】錫と銅が拡散しにくく、純錫の厚さの変化が少なく、回路の高さが低いＦＰＣベースの金属回路構造とその加工方法を提供する。【解決手段】ＦＰＣベースの金属回路構造は、基材フィルム１と、基材フィルム１の表面に付着した第１金属層２と、第１金属層２の上方に位置する第２金属層４と、第１金属層２と第２金属層４との間に配置された中間層３とを含む。中間層３の上下表面は夫々、第１金属層２及び第２金属層４に接続され、中間層３は、第２金属層４と反応しにくい材料である。【効果】第１金属層２と第２金属層４との間に中間層３を配置することによって、第１金属層２と第２金属層４との間の拡散が遮断され、第２金属層４が一定の厚さを維持することが確保され、回路の高さが高くなりすぎず、回路が基材フィルムから剥離することを回避できる。【選択図】図１

Description

本発明は、金属回路構造技術の分野に属し、具体的には、ＦＰＣベースの金属回路構造及びその加工方法に関する。

ＦＰＣとは、ポリイミド又はポリエステルフィルムを基材として作られた高信頼性を有する優れたフレキシブル印刷回路基板であるフレキシブル回路基板を指す。それは、ソフトボード又はＦＰＣと略称され、配線密度が高く、軽量で厚みが薄いという特徴を有する

ＣＯＦとは、チップオンフィルムを指し、駆動ＩＣをフレキシブル回路板に固定する結晶粒フレキシブルフィルムパッケージングの技術であり、フレキシブル追加回路基板をチップパッケージングキャリアとして、チップとフレキシブル基板回路を接合する技術である。ＣＯＦは、純錫の厚さに対するより高い要件がある。ＣＯＦには、通常、多くの小さな回路が設けられる。これらの回路は、落下を防ぐためにフィルムにしっかりと付着する必要があるとともに、チップの金バンプと熱圧接着する必要がある。通常、回路の外層で化学的錫メッキ処理を行う必要がある。錫と銅は銅錫合金を形成するため、従来技術では、焼成後に回路の上面の純錫の厚さを維持するために、化学的錫メッキ時に錫層を厚くする必要がある。その結果、回路の高さが高くなり、膜から剥がれやすくなる一方で、銅と錫を拡散させた後の純錫の厚さを制御することは容易ではなく、不良率や製造コストを高めることにもなる。

本発明は、従来技術における技術的問題の少なくとも１つを解決することを目的としている。

そのため、本発明は、ＦＰＣベースの金属回路構造及びその加工方法を提供する。このＦＰＣベースの金属回路構造は、錫と銅が拡散しにくく、純錫の厚さの変化が少なく、回路の高さが低いという利点を有する。

本発明の実施例によるＦＰＣベースの金属回路構造は、基材フィルムと、前記基材フィルムの表面に付着した第１金属層と、前記第１金属層の上方に位置する第２金属層と、前記第１金属層と前記金属層との間に配置された中間層とを含み、
前記中間層の上下表面はそれぞれ前記第１金属層及び前記第２金属層に接続され、前記中間層は、第２金属層と反応しにくい材料である。

本発明の一実施例によれば、前記中間層は、チタン、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、バナジウム、ニオビウムのうちの１つ又は複数である。

本発明の一実施例によれば、前記第１金属層は銅であり、前記第１金属層の厚さは１～１２ミクロンである。

本発明の一実施例によれば、前記第２金属層は錫であり、前記第２金属層の厚さは１００～２００ナノメートルである。

本発明の一実施例によれば、金属回路構造は、第３金属層をさらに含み、前記第３金属層構造は、前記第１金属層の両側に配置される。

本発明の一実施例によれば、前記第３金属層は、銅錫合金である。

本発明の一実施例によれば、前記中間層の厚さは５～５０ナノメートルである。

本発明の一実施例によれば、ＦＰＣベースの金属回路構造の加工方法は、次のステップＳ１０～Ｓ５０を含む。Ｓ１０：基材フィルム上に１回目の銅メッキを行って、第１金属層を形成する。Ｓ２０：第１金属層の上面に中間層を加工する。Ｓ３０：中間層上に２回目の銅メッキを行って、外部銅層を形成する。Ｓ４０：回路の側面及び上面に対して化学的錫メッキ処理を行う。Ｓ５０：第１金属層の応力を解放して結晶状態を安定させるために、第１金属層の側面と錫とが銅錫合金を形成するように、焼成・静置処理を行う。

本発明の一実施例によれば、Ｓ００をさらに含む。Ｓ００：基材フィルムの表面に金属原子をスパッタリングして、シード層を形成し、シード層上にフォトレジスト膜を貼り付けてから、露光及び現像処理を行って、金属回路を敷設する必要のないシード層の領域をフォトレジストで覆う。

本発明の一実施例によれば、前記Ｓ４０では、化学的錫メッキ処理の前にフォトレジストを洗い落とす必要があり、次に、金属回路を敷設する必要のない領域でのシード層を完全にエッチングするまで、基材フィルムの表面に対してマイクロ・ナノエッチングを行う。

本発明の有益な効果は次のとおりである。本発明は、第１金属層と第２金属層との間に中間層を配置することによって、第１金属層と第２金属層との間の拡散が遮断され、第２金属層が一定の厚さを維持することが確保され、回路の高さが高くなりすぎず、回路が基材フィルムから剥離することが回避される。

本発明の他の特徴及び利点は、後続の明細書に記載され、部分的には明細書から明らかになるか、本発明を実施することによって理解される。本発明の目的及び他の利点は、明細書、特許請求の範囲、及び添付の図面で特に示される構造によって実現され、得られる。

本発明の上記目的、特徴、及び利点をより明らかにし、理解しやすくするために、以下では、実施例を挙げ、添付の図面と併せて詳細に説明する。

本発明の上記及び／又は追加の態様及び利点は、以下の図面と併せた実施例の説明から、明らかになり、理解しやすくなる。
本発明の実施例によるＦＰＣベースの金属回路構造の断面模式図である。本発明の実施例によるＦＰＣベースの金属回路構造の加工プロセスの模式図である。従来技術におけるＦＰＣベースの金属回路構造の断面模式図である。

以下では、本発明の実施例を詳細に説明し、例示的な実施例を添付の図面に示す。同じ又は類似の符号は、同じ又は類似の要素、あるいは同じ又は類似の機能を有する要素を示す。添付の図面を参照しながら以下に説明する実施例は例示的なものであり、本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものとして理解されるべきではない。

本出願の説明では、「中心」、「縦方向」、横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径」などの用語で示される方位又は位置関係は、図面で示される方位又は位置関係に基づいて、本出願の説明を容易にし、説明を簡単にするためのものに過ぎず、言及された装置又は部品が必ず特定の方位を有し特定の方位で構造及び操作されることを指示又は示唆するものではないため、本発明を制限するものではないと理解されるべきある。また、「第１」、「第２」で限定される特徴は、１つ又は複数の該特徴を明示又は黙示的に含まれることが可能である。本発明の説明では、特に明記されていない限り、「複数」の意味は、２つ以上である。

なお、本発明の説明では、特に明確に規定及び限定されていない限り、「取り付け」、「連結」、「接続」という用語は広い意味で理解する必要がある。例えば、固定接続、取り外し可能な接続、又は一体型接続の場合がある。機械的接続又は電気的接続の場合がある。直接連結、中間媒体を介した間接的連結、又は２つの素子の内部連通の場合がある。当業者にとって、本発明における上記の用語の具体的な意味は、具体的な状況に応じて理解することができる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施例によるＦＰＣベースの金属回路構造を説明する。

図１～図２に示すように、本発明の実施例によるＦＰＣベースの金属回路構造は、基材フィルム１、第１金属層２、第２金属層４、及び中間層３を含む。第１金属層２は、基材フィルム１の表面に付着する。第２金属層４は、第１金属層２の上方に位置する。中間層３は、第１金属層２と第２金属層４との間に配置され、中間層３の上下表面はそれぞれ、第１金属層２及び第２金属層４に接続される。中間層３は、第２金属層４と反応しにくい材料である。

本発明の有益な効果は次のとおりである。本発明は、第１金属層２と第２金属層４との間に中間層３を配置することによって、第１金属層２と第２金属層４との間の拡散が遮断され、第２金属層４が一定の厚さを維持することが確保され、回路の高さが高くなりすぎず、回路が基材フィルムから剥離することが回避される。

好ましくは、中間層３は、チタン、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、バナジウム、ニオビウムのうちの１つ又は複数である。より好ましくは、中間層３はニッケルである。ニッケルを中間層３として選択することによって、製造のコストが比較的低い。

さらに、第１金属層２は銅であり、第１金属層２の厚さは１～１２ミクロンである。好ましくは、第１金属層２の厚さは８～１０ミクロンである。この場合、第２金属層２の加工性能及び導電性能がバランスのとれた状態を維持する。

さらに、第２金属層４は錫であり、第２金属層４の厚さは１００～２００ナノメートルである。

本発明の一実施例によれば、金属回路構造は第３金属層５をさらに含む。第３金属層５は第１金属層２の両側に配置される。

さらに、第３金属層５は銅錫合金である。

本発明の幾つかの好ましい実施形態では、中間層３の厚さは５～５０ナノメートルである。好ましくは、中間層３の厚さは３０ナノメートルである。中間層３が３０ナノメートルである場合、中間層３の厚さをできるだけ薄くしつつ、第１金属層２と第２金属層４を離隔する作用を維持する。

ＦＰＣベースの金属回路構造の加工方法は、図２に示すように、次のステップＳ００～Ｓ５０を含む。Ｓ００：基材フィルム１の表面に金属原子をスパッタリングして、シード層６を形成し、シード層６上にフォトレジスト膜を貼り付けてから、露光及び現像処理を行って、金属回路を敷設する必要のないシード層の領域をフォトレジストで覆う。Ｓ１０：基材フィルム１上に１回目の銅メッキを行って、第１金属層２を形成する。Ｓ２０：第１金属層２の上面に中間層３を加工する。Ｓ３０：中間層３上に２回目の銅メッキを行って、外部銅層を形成する。Ｓ４０：まずフォトレジスト７を洗い落とし、次に、金属回路を敷設する必要のない領域でのシード層６を完全にエッチングするまで、基材フィルム１の表面に対してマイクロ・ナノエッチングを行い、その後、回路の側面及び上面に対して化学的錫メッキ処理を行う。Ｓ５０：第１金属層２の応力を解放して結晶状態を安定させるために、第１金属層２の側面と錫が銅錫合金を形成するように、焼成・静置処理を行う。

＜実施例１＞
上記の加工方法を使用して製造された金属回路構造は、加工後、第１金属層２が８ミクロンの厚さの銅であり、中間層３が３０ナノメートルの厚さのニッケルであり、第２金属層４が１００ナノメートルの厚さの錫である。焼成・静置後、各層の金属の厚さは実質的に変化していない。

＜実施例２＞
上記の加工方法を使用して製造された金属回路構造は、加工後、第１金属層２が８ミクロンの厚さの銅であり、中間層３が３０ナノメートルの厚さのニッケルであり、第２金属層４が２００ナノメートルの厚さの錫である。焼成・静置後、各層の金属の厚さは実質的に変化していない。

＜実施例３＞
上記の加工方法を使用して製造された金属回路構造は、加工後、第１金属層２が８ミクロンの厚さの銅であり、中間層３が３０ナノメートルの厚さのニッケルであり、第２金属層４が１６０ナノメートルの厚さの錫である。焼成・静置後、各層の金属の厚さは実質的に変化していない。

＜実施例４＞
上記の加工方法を使用して製造された金属回路構造は、加工後、第１金属層２が８ミクロンの厚さの銅であり、中間層３が４ナノメートルの厚さのニッケルであり、第２金属層４が１６０ナノメートルの厚さの錫である。焼成・静置後、中間層３に銅錫合金が現れる。

＜実施例５＞
上記の加工方法を使用して製造された金属回路構造は、加工後、第１金属層２が８ミクロンの厚さの銅であり、中間層３が５０ナノメートルの厚さのニッケルであり、第２金属層４が１６０ナノメートルの厚さの錫である。焼成・静置後、各層の金属の厚さは変化していない。

＜比較例１＞
図３に示すように、これは、従来技術を採用して加工された金属回路である。基材フィルム１上にメッキされた第１金属層２は、８ミクロンの厚さの銅である。化学的錫メッキ処理の場合、第２金属層４は、４００ナノメートルの厚さの錫である。焼成・静置処理後、銅と錫との間に形成された第３金属層５は銅錫合金である。テストにより、純銅の厚さは８ミクロン未満であり、純錫の厚さは２００ナノメートル未満である。

上記の実施例と比較例から、本願の金属回路構造を採用すると、中間層３を配置することによって、焼成・静置後の純錫の厚さの変化が小さく、その後、チップのバンプと容易に熱圧接着される。中間層３の厚さが厚いほど、銅と錫の間のバリア効果が向上するため、従来技術と比較して、本願は、純錫の厚さを変えずに錫の使用量を減らすとともに、回路の総高さを減らす。それにより、基材フィルム１からの回路の剥離防止能力が向上する。ＣＯＦ回路では純錫の厚さに対して高い要件があるため、純錫の厚さが薄いとチップのバンプをはんだ付けすることができず、純錫の厚さが厚いとはんだ付けによって純錫がはみ出し、はみ出した純錫が複数の回路、に接触することで短絡が発生するため、本願は特にＣＯＦ回路での使用に適する。

本明細書の説明において、「一実施例」、「幾つかの実施例」、「例示的な実施例」、「例」、「具体的な例」、又は「幾つかの例」などの用語を参照する説明は、該実施例又は例と併せて説明される具体的な特徴、構造、材料又は特性が本発明の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書では、上記の用語の例示的な表現は、必ずしも同じ実施例又は例を指すとは限らない。また、説明される具体的な特徴、構造、材料又は特性は、任意の１つ又は複数の実施例又は例において、適切な方式で組み合わせることができる。

本発明の実施例が示され説明されているが、当業者は、本発明の原理及び趣旨から逸脱することなく、これらの実施例に対して様々な変更、修正、置換、及び変形を行うことができることを理解できる。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその同等物によって限定される。

基材フィルム１、第１金属層２、中間層３、第２金属層４、第３金属層５、シード層６、フォトレジスト７、外部銅層８。

Claims

ＦＰＣベースの金属回路構造であって、
基材フィルム（１）と、
前記基材フィルム（１）の表面に付着した第１金属層（２）と、
前記第１金属層（２）の上方に位置する第２金属層（４）と、
前記第１金属層（２）と前記第２金属層（４）との間に配置された中間層（３）とを含み、
前記中間層（３）の上下表面はそれぞれ前記第１金属層（２）及び前記第２金属層（４）に接続され、前記中間層（３）は、第２金属層（４）と反応しにくい材料であり、前記中間層（３）は、チタン、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、バナジウム、ニオビウムのうちの１つ又は複数であり、前記第１金属層（２）は銅であり、前記第１金属層（２）の厚さは１～１２ミクロンであり、前記第２金属層（４）は錫であり、前記第２金属層（４）の厚さは１００～２００ナノメートルであり、第３金属層（５）をさらに含み、前記第３金属層（５）は、前記第１金属層（２）の両側に配置され、前記第３金属層（５）は、銅錫合金であり、前記中間層（３）の厚さは５～５０ナノメートルである、ことを特徴とするＦＰＣベースの金属回路構造。
次のステップＳ１０～Ｓ００を含み、
Ｓ１０：基材フィルム（１）上に１回目の銅メッキを行って、第１金属層（２）を形成し、
Ｓ２０：第１金属層（２）の上面に中間層（３）を加工し、
Ｓ３０：中間層（３）上に２回目の銅メッキを行って、外部銅層（８）を形成し、
Ｓ４０：回路の側面及び上面に対して化学的錫メッキ処理を行い、
Ｓ５０：第１金属層（２）の応力を解放して結晶状態を安定させるために、第１金属層（２）の側面と錫とが銅錫合金を形成するように、焼成・静置処理を行い、
Ｓ００：基材フィルム（１）の表面に金属原子をスパッタリングして、シード層（６）を形成し、シード層（６）上にフォトレジスト膜を貼り付けてから、露光及び現像処理を行って、金属回路を敷設する必要のないシード層（６）の領域をフォトレジスト（７）で覆い、
前記Ｓ４０では、化学的錫メッキ処理の前にフォトレジスト（７）を洗い落とす必要があり、次に、金属回路を敷設する必要のない領域でのシード層（６）を完全にエッチングするまで、基材フィルム（１）の表面に対してマイクロ・ナノエッチングを行う、ことを特徴とする請求項１に記載のＦＰＣベースの金属回路構造の加工方法。