JPH09306949A - 複合バンプへのテープ自動化結合方法 - Google Patents

複合バンプへのテープ自動化結合方法

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JPH09306949A
JPH09306949A JP8251605A JP25160596A JPH09306949A JP H09306949 A JPH09306949 A JP H09306949A JP 8251605 A JP8251605 A JP 8251605A JP 25160596 A JP25160596 A JP 25160596A JP H09306949 A JPH09306949 A JP H09306949A
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chromium
chip
metal
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English (en)
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Shyh-Ming Chang
世 明 張
Gensei Ka
玄 政 何
Yu-Chi Lee
育 奇 李
振 煌 ▲鄭▼
Shinko Tei
Pao-Yun Tang
▲宝▼ 雲 湯
素 玉 ▲はん▼
Sogyoku Han
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Industrial Technology Research Institute ITRI
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複合バンプへのテープ自動化結合方法（ＴＡ
Ｂ）の提供。 【解決手段】 集積回路チップ上の接点複合バンプにリ
ードフレームテープ中のフィンガーリードを結合させる
テープ自動化結合方法。複合バンプ７０は、ポリマー材
と少なくとも１種の金属材とからなり、ポリマー層７４
は金属層７８より剛性が低い（ヤング率が低い）。結果
として、剛性の金属層によりしばしばもたらされる結合
工程中の構造的損傷の発生が減ずる。ＴＡＢ方法は、全
てが金属製のリードフレーム、金属メッキされたリード
フレーム又はポリマー強化金属リードフレームのいずれ
かを用いて実施できる。ＩＣチップ上に構成されたポリ
マー／金属複合バンプは、熱的結合体で結合されたとき
よりも小さい力で結合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は一般に集積回路（Ｉ
Ｃ）チップをリードフレームテープに結合する方法に関
し、さらに詳しくは、複合バンプを備えた集積回路チッ
プをリードフレームテープに結合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の数年間に、集積回路チップのパッ
ケージングに自動化テープ結合プロセスを用いる技術が
開発されている。集積回路チップのパッケージングに用
いる他のリードフレームワイヤ結合方法の代わりに、こ
の技術が用いられる。
【０００３】テープ結合プロセスでは、集積回路チップ
を通常０．５ｍｍ未満の厚さであるホイル型リードフレ
ームに直接結合させる。この技術はテープ自動化結合又
はＴＡＢとも呼ばれる。ＴＡＢプロセスでは、裸の銅、
金メッキ若しくはスズメッキした銅又は銅／プラスチッ
ク積層テープを、集積回路チップのアルミニウム結合パ
ッド上の金メッキバンプに対応する位置においてそれに
リードをエッチングすることによって用意する。次に、
このテープを、サーモード(thermode)（すなわち、チッ
プとテープとを一緒に加圧する高温機器(heated instru
ment)）を備えた装置である内部リード結合装置に供給
する。リードの内部末端を集積回路チップ上のバンプ
に、高温サーモード下でそれらを加圧することによっ
て、単一操作で結合させる。この集積回路チップと結合
したリードとを次に、回路板に接続するために、テープ
から切断することができる。
【０００４】図１に示すように、一定長さの銅テープ１
０を内部リード結合装置中のサーモード１２とアンビル
１４との間に入れる。集積回路チップ１６を供給し、金
先端付き(gold tipped)又ははんだ先端付き接点バンプ
２０と共にアンビル１４の平たい頂部１８上に配置す
る。接点バンプ２０は上向きである。電気抵抗加熱コイ
ルを用いて、内部リード結合装置のサーモード１２を加
熱する。このプロセスに用いられる適当な銅テープはＭ
ｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆ
ａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．によって供給される２オンス
重量の０．００２８インチ厚さの非メッキ銅である。金
メッキ又はスズメッキした銅テープ又は銅／プラスチッ
ク積層テープも使用可能である。
【０００５】慣習的なテープ自動化結合方法では、接点
バンプ２０は最初にアルミニウムパッドを約１２００μ
ｍ高さまでに積み上げることによって形成される。次
に、このアルミニウムバンプをチタンとタングステン合
金とのスパッタード(sputtered)層で被覆する。各層は
約２００〜３００μｍ厚さであり、約５００μｍの複合
厚さを有する。次に、金の約４００μｍの薄い層を接点
バンプの頂部にスパッターする。最終の加工工程では、
厚さ０．００１インチ（又は２５，４００μｍ）の金層
をスパッタード金層の頂部にメッキする。
【０００６】次に、サーモード１２を下げて、テープ１
０と集積回路チップ１６とに接触させる。図２は閉鎖状
態のサーモード１２を示し、テープ１０中のエッチング
されたフィンガーリード２４がサーモード表面２６とア
ンビル表面１８との間で金先端付き又ははんだ先端付き
バンプ２０に押圧される。通常用いられる時間、温度及
び結合圧力は、それぞれ、０．８秒、５２５℃及び２０
０ｇ／バンプである。しかし、結合圧力を加熱コイル２
２からの熱インプットと、各特定の結合プロセスに望ま
しい時間とに基づいて調節することができることを理解
すべきである。
【０００７】金メッキしたアルミニウムバンプを用いる
慣習的なＴＡＢ方法では、金属の高い剛性がＩＣチップ
とリードフレームとの間で高い結合力を必要とする。こ
の高い結合力はバンプの基部(base)においてチップにし
ばしば亀裂形成を惹起する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】それ故、先行技術方法
の欠点と短所を有さない、リードフレームをＩＣチップ
に結合させるＴＡＢ結合方法を提供することが、本発明
の目的である。
【０００９】低下した剛性を有するＩＣチップ上のバン
プにリードフレームを結合させるＴＡＢ結合方法を提供
することが、本発明の別の目的である。
【００１０】バンプが複合材料から構成される、ＩＣチ
ップ上のバンプにリードフレームを結合させるＴＡＢ方
法を提供することが、本発明の他の目的である。
【００１１】ポリマー／金属複合体から構成される、Ｉ
Ｃチップ上のバンプにリードフレームを結合させるＴＡ
Ｂ結合方法を提供することが、本発明のさらに他の目的
である。
【００１２】チップに亀裂形成を惹起することなく、Ｉ
Ｃチップ上の複合バンプにリードフレームを結合させる
ＴＡＢ結合方法を提供することが、本発明のさらに他の
目的である。
【００１３】結合プロセス中に構造損傷を生じることな
く、ＩＣチップ上の複合バンプにリードフレームを結合
させるＴＡＢ結合方法を提供することが、本発明のさら
に他の目的である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、テープ
自動化結合方法は、複合バンプを備えた集積回路をリー
ドフレーム中に存在するフィンガーリードに結合させ
る。該複合バンプはポリマー材料と金属材料とから構成
される。複合バンプのポリマー成分は金属に比べて低い
剛性を有する。
【００１５】好ましい実施態様では、本発明の方法は、
頂部に積層したポリマー強化材を有する金属リードフレ
ームを集積回路チップ上の複合バンプに結合させること
によって実施される。ＩＣチップの上面層に最初に金属
パッドを形成し、次に、金属に基づく層を金属パッド層
の頂部に付着させ、この層と電気的に連通させることに
よって、複合バンプが構成される。この金属に基づく層
の頂部にポリマー層をコーティングした後に、フォトレ
ジスタント(photoresistant)層をコーティングして、露
光させ、現像して、このフォトレジスタント層が複合バ
ンプの形成に必要なポリマー部分のみを被覆するように
する。次に、複合バンプのためのポリマースタンプを残
すように、ポリマー層をエッチングし、その後に、フォ
トレジストを除去する。次に、第２金属層をこのポリマ
ースタンプの頂部と第１金属層とに付着させる。第２フ
ォトレジスト、露光及び現像プロセスによって、金属層
をエッチングして、複合バンプを形成するために必要な
金属のみをポリマースタンプの頂部に残す。その後に、
第２金属層の頂部上のフォトレジスト層を除去すると、
２つの金属層の間に挟まれたポリマースタンプを有し、
金属パッド上に形成された複合バンプが得られる。
【００１６】代替え実施態様では、金属テープの底部に
積層したポリマー強化層を有するか又は、ポリマー層に
開孔を有さずに金属層の頂部に積層した連続ポリマー層
を有するリードフレームテープを形成する。第１代替え
実施態様はスペース節約と言う利点を有し、強化ポリマ
ーテープは金属テープの頂部にスペースを取らない。第
２代替え実施態様は、連続ポリマー強化層のために結合
温度が限定されるとしても、Ｉ／Ｏパッドを任意の位置
に配置することができると言う利点を有する。
【００１７】本発明はさらに、ＴＡＢプロセスで金属リ
ードフレームに結合される集積回路チップに関し、この
チップでは複合バンプがチップ上で用いられて、構造の
損傷なしにチップを形成する。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の他の目的、特徴及び利点
は、以下の記載と添付図面とを検討するならば、明らか
になるであろう。
【００１９】本発明は、金属／ポリマー複合バンプを備
える集積回路チップに種々な構造のリードフレームを結
合させることができる、新規なテープ自動化結合方法を
提供する。複合バンプのポリマー成分は金属成分に比べ
て実質的に低い剛性を有するので、リードフレーム中の
フィンガーリードに加熱及び加圧下で結合させるとき
に、小さい結合力を要する。例えば、リードフレームに
全ての金属バンプを結合させる際にしばしば見られるバ
ンプの基部におけるＩＣチップの亀裂形成のような、加
工の困難さを回避することができる。
【００２０】複合バンプのポリマー成分はポリイミド、
ポリエステル、エポキシ又は任意の他の適当なポリマー
材料のような、種々なポリマー材料から構成することが
できる。複合バンプの金属成分のためには、例えばアル
ミニウム、銅、ニッケル、銀、タングステン、白金、パ
ラジウム及び金のような、種々な金属材料を用いること
ができる。複合バンプの頂部には、酸化を防止するため
に、金又はスズの被覆層がしばしば用いられる。
【００２１】最初に、図３〜図１３では、好ましい実施
態様と代替え実施態様との両方における複合バンプの製
造工程を示す。図３では、集積回路チップ４０を基板４
２上に形成する。不動態化(passivation)層４４と、直
径約９０ミクロンのアルミニウムインプット／アウトプ
ットパッド４６とを基板４２上に最初に形成する。導電
性金属４８を不動態化層４４の頂部に、アルミニウムイ
ンプット／アウトプットパッド４６に接触させて付着さ
せる。約５ミクロン〜２５ミクロンの厚さを有するポリ
マー層５０を金属層４８上に形成する。このために適当
なポリマーは例えばＯＣＧ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏ
ｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（アリゾナ州，テンプ）に
よってＰｒｏｂｉｍｉｄｅ ７０１０又は５１４のコー
ドで供給されるようなポリイミドである。これは図５に
示す。
【００２２】次に、フォトレジストパターン５２を形成
し、露光させ、ポリマー層５０上に現像する。図６と図
７に示すように、ＭＦ−３１９を室温において約１分間
〜約３分間用いることによって、ポリマー層５０を所定
のフォトレジストパターンに合わせてエッチングする。
ポリアミドフィルムのパターン化とエッチングとは、Ｗ
ｉｌｓｏｎ，Ｓｔｅｎｚｅｎｂｅｒｇｅｒ及びＨｅｒｇ
ｅｎｒｏｔｈｅｒ編集、Ｂｌａｃｋｉｅ ａｎｄ Ｓｏ
ｎ Ｌｔｄ．発行のＰｏｌｙｉｍｉｄｅ，第２章（１９
９０）に見いだすことができる。次に、フォトレジスト
層５２を図８に示すようにストリップして、約５００Å
のクロム厚さと約２，０００Åの金厚さとを有するクロ
ム／金複合体のような導電性金属層５６をＩＣチップ４
０の頂部に付着させる。これは図９に示す。被覆層５６
は例えばアルミニウム又はニッケルのような単独金属、
例えばニッケル／金、クロム／銀、又はチタン／白金の
ような複合体であることもできる。導電性金属被覆層５
６は例えばクロム／銅／金、クロム／ニッケル／金、ク
ロム／銀／金、チタン／白金／金、チタン／パラジウム
／金又はチタン／タングステン／銀のような接着層／バ
リヤー層／導体層を含む複合体であることもできる。
【００２３】次に、図１０に示すようなフォトレジスト
６２のパターン層を導電性金属層５６上に形成する。そ
の後に、導電性金属層５６をフォトレジスト６２のパタ
ーンに合わせて、図１１に示すようにエッチングする。
次に、フォトレジスト層６２をストリップすると（図１
２）、複合バンプ６６がＩＣチップ４０上に形成され
る。クロム／金導電性金属層に対して、クロム層を約
８．５μｍ／分の速度でエッチングするためにＣｌ（Ｓ
Ｏ4）2・２（ＮＨ4）2ＳＯ4・２Ｈ2Ｏ（１ｇ）＋ＨＮＯ
3（５ｍｌ）＋Ｈ2Ｏ（２５ｍｌ）を２８℃において用い
ることによって、適当なエッチングを実施することがで
きることが判明している。金層は、室温において約０．
５〜１ミクロン／分の速度でのＫＩ（４ｇ）＋Ｉ2（１
ｇ）＋Ｈ2Ｏ（４０ｍｌ）によってエッチングすること
ができる。図１０に示すアルミニウム層４８はＨ3Ｐ
Ｏ4：ＣＨ3ＣＯＯＨ：ＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ（４：４：１：１
の比）を室温においてかつ約３５μｍ／分のエッチング
速度で用いることによってエッチングすることができ
る。
【００２４】本発明の複合バンプの代替え実施態様は図
１３に示すように構成することができ、ＩＣチップ７０
が基板７２上に形成される。この実施態様では、図４に
示す第１金属層４８が省略されることが認められる。ポ
リマースタンプ７４はアルミニウムＩ／Ｏパッド７６に
直接付着する。第２金属層７８の加工工程は上記好まし
い実施態様に示す工程と同じである。
【００２５】次に、図１４では、２個の複合バンプ８２
と８４を有するＩＣチップ８０を示す。チップ８０は基
板８６上に形成される。図１４では、２個の金属層８８
と９０を有する好ましい実施態様が示されることを注意
すべきである。バンプ８４と８２とのポリマースタンプ
９２は、ポリマー（すなわち、ポリアミド）が金属層に
比べて小さい剛性（又は小さいヤング率）を有するの
で、クッション層(cushioning layer)を形成する。
【００２６】図１５に示す好ましい実施態様では、金属
層１０２とポリマー強化層１０４とから構成されるリー
ドフレーム１００が形成される。図１に示すような熱結
合器(thermal bonder)中に、リードフレーム１００と複
合バンプ８２、８４とに圧力と熱とを加えることができ
るように、リードフレーム１００とＩＣチップ８０とを
配置する。この実施態様によって与えられる利益は、内
部リード結合（ＩＬＢ）プロセスが５００℃までの高い
結合温度を示すことができることである。しかし、この
プロセスはＩＣチップの周縁のみにしかＩ／Ｏパッドを
結合させることができないと言う欠点を有する。
【００２７】リードフレームとＩＣチップとを一緒に結
合するための本発明のＴＡＢ方法の代替え実施態様を図
１６に示す。リードフレーム１１０は金属層１１２とポ
リマー強化層１１４とから構成される。ポリマー層は金
属層の底部に積層される。この実施態様は、ポリマー層
１１４が金属層１１２の頂部にスペースを占めないの
で、加工中にあまりスペースを要しないと言う利点を有
する。
【００２８】図１７に示す、さらに他の代替え実施態様
では、リードフレーム１２０は金属層１２２と、この金
属層の頂部に積層された連続ポリマー強化層１２４とか
ら構成される。この実施態様は、Ｉ／Ｏパッドがチップ
８０上の任意の位置に結合することができるような、広
範囲に多様な(more versatile)結合方法を提供する。こ
の実施態様は、連続ポリマー層１２４によって限定され
た放熱が可能であるために、低い結合温度を用いるべき
であると言う１つの限定を有する。２００℃〜約５００
℃の範囲内の結合温度が使用可能である。
【００２９】本発明を好ましい実施態様とその代替え実
施態様とに関して説明したが、当業者がこれらの教示を
本発明の他の可能な変更に容易に適用することができる
ことを理解すべきである。
【００３０】排他的性質と特権とが特許請求される、本
発明の実施態様は特許請求の範囲で定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】結合プロセス前にサーモード下に配置された、
金属リードフレームと集積回路チップとを示す概略図。
【図２】サーモード中で一緒に加圧される、金属リード
フレームと集積回路チップとを示す概略図。
【図３】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるために
必要な加工工程の拡大断面図。
【図４】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるために
必要な加工工程の拡大断面図。
【図５】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるために
必要な加工工程の拡大断面図。
【図６】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるために
必要な加工工程の拡大断面図。
【図７】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるために
必要な加工工程の拡大断面図。
【図８】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるために
必要な加工工程の拡大断面図。
【図９】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるために
必要な加工工程の拡大断面図。
【図１０】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるため
に必要な加工工程の拡大断面図。
【図１１】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるため
に必要な加工工程の拡大断面図。
【図１２】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるため
に必要な加工工程の拡大断面図。
【図１３】ＩＣチップ上に複合バンプを結合させるため
に必要な加工工程の拡大断面図。
【図１４】本発明の複合バンプの構造を示す拡大断面
図。
【図１５】頂部に積層されたポリマー強化層を有するテ
ープキャリヤーをＩＣチップ上の複合バンプに結合させ
る、本発明の好ましい実施態様を示す拡大断面図。
【図１６】頂部に積層されたポリマー強化層を有するテ
ープキャリヤーをＩＣチップ上の複合バンプに結合させ
る、本発明の代替え実施態様を示す拡大断面図。
【図１７】ＩＣチップ上の複合バンプに結合した、頂部
に積層された連続ポリマー強化層を有するテープキャリ
ヤーを示す、本発明の他の代替え実施態様の拡大断面
図。
【符号の説明】
１０． 一定長さの銅テープ １２． サーモード １４． アンビル １６． 集積回路チップ １８． 平らな頂部 ２０． 接点バンプ ２２． 電気抵抗加熱コイル ４０． 集積回路チップ ４２． 基板 ４４． 不動態化層 ４６． インプット／アウトプットパッド ４８． 金属層 ５０． ポリマー層 ５２． フォトレジストパターン ５６． 導電性金属層 ６６． 複合バンプ ７０． ＩＣチップ ７２． 基板 ７６． Ｉ／Ｏパッド ７８． 第２金属層 ８０． ＩＣチップ ８２． 複合バンプ ８４． 複合バンプ ８８． 金属層 ９０． 金属層 ９２． ポリマースタンプ １００． リードフレーム １０２． 金属層 １０４． ポリマー強化層 １１０． リードフレーム １１２． 金属層 １１４． ポリマー強化層 １２０． リードフレーム １２２． 金属層 １２４． 連続ポリマー強化層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯 ▲宝▼ 雲 台湾新竹市明湖路1050巷20號４樓 (72)発明者 ▲はん▼ 素 玉 台湾新竹市建功一路104巷20之51號

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積回路チップ上の接点バンプにリード
    フレームテープ中のフィンガーリードを結合させるテー
    プ自動化結合方法であって、 テープにエッチングされた複数個のフィンガーリードを
    有する、一定長さのリードフレームテープを用意する工
    程と；チップの上面に作られた、ポリマー材料の少なく
    とも１層と金属材料の少なくとも１層とから成り、前記
    ポリマー材料の剛性が前記金属材料の剛性よりも低い複
    数個の接点バンプを有する集積回路チップを形成する工
    程と；前記リードフレームテープ中の複数個の前記フィ
    ンガーリードを前記ＩＣチップ上の複数個の前記接点バ
    ンプに結合させる工程とを含む前記方法。
  2. 【請求項２】 前記接点バンプに面する複数個の前記フ
    ィンガーリードの先端が金属はんだ材料で被覆される、
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 少なくとも１種類の前記ポリマー材料が
    ポリイミド、ポリエステル、エポキシ及び任意の他の適
    当なポリマーから成る群から選択される、請求項１記載
    の方法。
  4. 【請求項４】 少なくとも１種類の前記金属材料がアル
    ミニウム、ニッケル、クロム、チタン及びタングステン
    から成る群から選択される、請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 金属材料の前記少なくとも１層がクロム
    ／金、ニッケル／金、クロム／銀及びチタン／白金から
    成る群から選択される、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 金属材料の前記少なくとも１層がクロム
    ／銅／金、クロム／ニッケル／金、クロム／銀／金、チ
    タン／白金／金及びチタン／パラジウム／金から成る群
    から選択される、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記金層に隣接するはんだ層をさらに含
    む、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 金属材料の前記少なくとも１層が、それ
    らの間に挟まれたポリマー材料と電気的に連通する２層
    の金属を含む、請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ポリマー材料の低い剛性が、複数個
    の前記フィンガーリードと複数個の接点バンプとの結合
    に低い結合力を用いることを可能にする、請求項１記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 前記結合工程を少なくとも２００℃の
    温度に加熱したサーモードにおいて実施する、請求項１
    記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記結合工程を熱と超音波のエネルギ
    ーによって実施する、請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記リードフレームテープが、一緒に
    ラミネートされた銅層とポリマー強化層を含む、請求項
    １記載の方法。
  13. 【請求項１３】 それにエッチングされた複数個のフィ
    ンガーリードを有する一定長さのリードフレームと；上
    面に複数個のインプット／アウトプットパッドを有する
    集積回路チップと；前記リードフレーム中の複数個の前
    記フィンガーリードを前記チップ上の複数個の前記イン
    プット／アウトプットパッドに電気的に接続する、ポリ
    マー材料の少なくとも１層と金属材料の少なくとも１層
    とから成る複数個の接点バンプとを含む結合集積回路チ
    ップ構造体。
  14. 【請求項１４】 前記接点バンプが金属はんだ層をさら
    に含む、請求項１３記載の構造体。
  15. 【請求項１５】 少なくとも１種類の前記ポリマー材料
    が少なくとも１種類の前記金属材料よりも低い剛性を有
    する、請求項１３記載の構造体。
  16. 【請求項１６】 金属材料の前記少なくとも１層が、そ
    れらの間に挟まれたポリマー材料と電気的に連通する２
    層の金属を含む、請求項１３記載の構造体。
  17. 【請求項１７】 少なくとも１種類の前記ポリマー材料
    がポリイミド、ポリエステル、エポキシ及び任意の他の
    適当なポリマーから成る群から選択される、請求項１３
    記載の構造体。
  18. 【請求項１８】 金属材料の前記少なくとも１層がアル
    ミニウム、ニッケル、クロム、チタン及びタングステン
    から成る群から選択される、請求項１３記載の構造体。
  19. 【請求項１９】 金属材料の前記少なくとも１層がクロ
    ム／金、ニッケル／金、クロム／銀及びチタン／白金か
    ら成る群から選択される、請求項１３記載の構造体。
  20. 【請求項２０】 金属材料の前記少なくとも１層がクロ
    ム／銅／金、クロム／ニッケル／金、クロム／銀／金、
    チタン／白金／金及びチタン／パラジウム／金から成る
    群から選択される、請求項１３記載の構造体。
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