JPWO2010032780A1 - 金属張積層体、回路基板及び電子部品 - Google Patents

Abstract

導体をエッチングによって除去し形成した回路基板に半導体素子を実装する際の半田加熱等による熱歪みを小さくするとともに接続信頼性を向上させることが可能な金属張積層体、回路基板及び電子部品を提供する。フィルム基材と、銅（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）からなる金属層とを有する金属張積層体であって、金属層をエッチングで除去した後の熱処理において、平面方向に０．０５〜０．４％膨張する金属張積層体を用いることにより、回路基板に半導体素子を実装する際の半田加熱等による熱歪みを小さくすることができることが判明した。従って、このような金属張積層体を用いることにより、信頼性の高い回路基板及び電子部品を作製することができる。

Description

本発明は、金属張積層体、回路基板及び電子部品に関する。特に、導体をエッチングによって除去し形成した回路基板に半導体素子を実装する際の半田加熱等による熱歪みを小さくするとともに接続信頼性を向上させることが可能な金属張積層体、回路基板及び電子部品に関する。

近年、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）といわれる半導体チップをフィルム配線板に直接搭載する方法が用いられている。このような実装形式は、液晶画面のＩＣドライバーの基板接続法としてよく用いられるが、信号配線の微細化、半導体チップの大型化から、実装時に発生する熱歪みが大きくなり、半導体チップと基板との接続信頼性が大きな問題になっている。

例えば、シリコンチップの熱膨張係数は３ｐｐｍ／Ｋに対し、一般に基板の熱膨張係数は１６〜６０ｐｐｍ／Ｋであるため、半田加熱後に室温まで下げた際、熱膨張差によって熱歪みが発生することが大きな問題となっている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００７−２６２５６３号公報

この熱歪みを小さくする方法として、例えば、低熱膨張係数の基板を用いる方法がある。しかしながら、回路基板は導体として銅を用いるため、フィルム基材の熱膨張係数を小さくすると、銅との熱膨張係数（１６ｐｐｍ／Ｋ）の違いから基板の反り等が発生してしまうという問題があり、本質的な解決にはならない。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、導体をエッチングによって除去し形成した回路基板に半導体素子を実装する際の半田加熱等による熱歪みを小さくするとともに接続信頼性を向上させることが可能な金属張積層体、回路基板及び電子部品を提供することを目的とする。

発明者は上述した従来の問題点について鋭意研究を重ねた。その結果、金属層をエッチングで除去した後の熱処理において、平面方向に０．０５〜０．４％膨張する金属張積層体を用いることにより、回路基板に半導体素子を実装する際の半田加熱等による熱歪みを小さくできることが判明した。尚、熱処理は、フィルムが軟化する温度以上が望ましく、回路基板に半導体チップを直接搭載するときの半田付けである。
この発明は、上述した研究成果によってなされたものである。

本発明の第１の態様にかかる金属張積層体は、フィルム基材と、銅（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）からなる金属層と、を有する金属張積層体であって、前記金属層の少なくとも一部をエッチングで除去した後の熱処理における前記金属張積層体の平面方向の寸法変化率が、０．０５〜０．４％であることを特徴とする。

本発明の第２の態様にかかる金属張積層体は、本発明の第１の態様にかかる金属張積層体において、前記フィルム基材の平面方向の線膨張係数が１３〜６０ｐｐｍ／Ｋであることを特徴とする。

本発明の第３の態様にかかる金属張積層体は、本発明の第１または２の態様にかかる金属張積層体において、前記フィルム基材と前記金属層との間に、下地金属層が形成されていることを特徴とする。

本発明の第４の態様にかかる金属張積層体は、本発明の第３の態様にかかる金属張積層体において、前記下地金属層がニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金（Ｎｉ合金）、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ合金）のいずれか１種からなることを特徴とする。

本発明の第５の態様にかかる金属張積層体は、本発明の第１から４のいずれか１つの態様にかかる金属張積層体において、前記フィルム基材が、熱可塑性フィルムであることを特徴とする。

本発明の第６の態様にかかる金属張積層体は、本発明の第５の態様にかかる金属張積層体において、前記フィルム基材が、光学的異方性の溶融相を形成しうる高分子、熱可塑性のポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂からなる群の中から選択されたいずれか１種類からなることを特徴とする。

本発明の第７の態様にかかる金属張積層体は、本発明の第１から４のいずれか１つの態様にかかる金属張積層体において、前記フィルム基材が、非熱可塑性のポリイミド樹脂で形成されていることを特徴とする。

本発明の第１の態様にかかる回路基板は、本発明の第１から７のいずれか１つの態様にかかる金属張積層体を用いて回路形成されていることを特徴とする。

本発明の第１の態様にかかる電子部品は、本発明の第１の態様にかかる回路基板上に半導体素子が直接搭載されていることを特徴とする。

本発明の第２の態様にかかる電子部品は、本発明の第１の態様にかかる電子部品において、前記半導体素子の電極がバンプによって前記回路基板に接続されていることを特徴とする。

なお、本明細書において、「寸法変化率」は、寸法が大きくなる側をプラス、寸法が小さくなる側をマイナスとする。

本発明によれば、金属層をエッチングで除去した後の熱処理における金属張積層体の平面方向の寸法変化率が、０．０５〜０．４％である（熱処理により膨張する）金属張積層体を用いることにより、回路基板に半導体素子を実装する際の半田加熱等による熱歪みを小さくすることができる。また、このような金属張積層体を用いることにより、信頼性の高い回路基板及び電子部品を作製することができる。

本発明の第１の実施形態に係る金属張積層体を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る金属張積層体を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る金属張積層体を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る回路基板を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る電子部品を示す断面図である。 フィルム基材が高分子フィルム（液晶ポリマーフィルム）である場合の接続信頼性を示したグラフである。 フィルム基材がＰＥＥＫである場合の接続信頼性を示したグラフである。 フィルム基材がＰＥＴ、ＰＥＮである場合の接続信頼性を示したグラフである。 フィルム基材が熱可塑性ポリイミドである場合の接続信頼性を示したグラフである。 フィルム基材が非熱可塑性ポリイミドである場合の接続信頼性を示したグラフである。

この発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なもので置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。

まず、本発明を適用可能な金属張積層体について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属張積層体を示す断面図である。
図１に示したように、本発明の第１の実施形態に係る金属張積層体１０は、フィルム基材１１と、フィルム基材１１の面１１ａ上に形成された金属層１２とを有する。

本実施形態に係る金属張積層体１０は、以下のような特徴が有する。
金属張積層体１０は、金属層１２の少なくとも一部をエッチングで除去した後の熱処理における金属張積層体１０の平面方向の寸法変化率が、０．０５〜０．４％である。また、フィルム基材１１の平面方向の線膨張係数が１３〜６０ｐｐｍ／Ｋである。

上記の特徴を有する本発明を適用可能な金属張積層体１０を用いることにより、回路基板に半導体素子を実装する際の半田加熱等による熱歪みを小さくすることができる。また、このような金属張積層体１０を用いることにより、信頼性の高い回路基板及び電子部品を作製することができる。

次に、本発明の別の実施形態に係る金属張積層体について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る金属張積層体を示す断面図である。図２に示すように、本発明の第２の実施形態に係る金属張積層体２０は、フィルム基材１１と、フィルム基材１１の両面１１ａ、１１ｂ上にそれぞれ形成された金属層１２及び金属層１２´とを有する。金属張積層体２０と金属張積層体１０の相違点は、金属張積層体１０がフィルム基材１１と金属層１２とがこの順に積層された２層構造であるのに対して、金属張積層体２０は金属層１２´とフィルム基材１１と金属層１２とがこの順に積層された３層構造である。また、本発明の第２の実施形態に係る金属張積層体２０は、上述した金属張積層体１０と同様の特徴と効果を有する。

図３は、本発明の第３の実施形態に係る金属張積層体を示す断面図である。図３に示すように、本発明の第３の実施形態に係る金属張積層体３０は、フィルム基材１１と、フィルム基材１１の面１１ａ上に形成された下地金属層１３と、下地金属層１３の面１３ａ上に形成された金属層１２とを有する。金属張積層体３０と金属張積層体１０の相違点は、金属張積層体１０がフィルム基材１１と金属層１２とがこの順に積層された２層構造であるのに対して、金属張積層体３０はフィルム基材１１と下地金属層１３と金属層１２とがこの順に積層された３層構造である。また、本発明の第３の実施形態に係る金属張積層体３０は、上述した金属張積層体１０と同様の特徴と効果を有する。

尚、図３では、フィルム基材１１の片面上にのみ下地金属層１３を形成し、続いて下地金属層１３上に金属層１２を形成した場合を説明したが、フィルム基材１１の両面上にそれぞれ下地金属層１３を形成し、続いてそれぞれの下地金属層１３上に金属層１２を形成した、金属層１２と下地金属層１３とフィルム基材１１と下地金属層１３と金属層１２とがこの順に積層された５層構造であっても良い。

次に、本発明を適用可能な金属張積層体の金属層、下地金属層、フィルム基材について説明する。本発明を適用可能な金属張積層体１０、２０、３０の金属層１２、１２´は、銅（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）からなる。

また、本発明を適用可能な金属張積層体３０の下地金属層１３としては、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金（Ｎｉ合金）、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ合金）のいずれか１種からなることが望ましい。また、下地金属層１３の厚さは、０．０５から０．５ミクロン厚の範囲が望ましい。

フレキシブル回路基板には、耐熱性に優れた非熱可塑性ポリイミド基材が用いられることが多いが、本発明を適用可能な金属張積層体１０、２０、３０のフィルム基材１１としては、比較的高温でフレキシブル回路基板が軟化しやすい熱可塑性樹脂を用いる方が良い。これは、銅エッチング後、熱によって膨張を起こしやすいためである。

具体的には、液晶ポリマーフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルムなどが適用できる。また、ポリエステルフィルムの中では、比較的耐熱性が低いものの、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が適応できる。

実際のＳｎ、ＳｎＡｇ系の半田付けを行う場合、液晶ポリエステル、ＰＥＥＫ、熱可塑性ポリイミドは耐熱性が高く好適である。

次に、本発明を適用可能な金属張積層体を用いた回路基板（配線基板）が、金属層をエッチング除去した後の熱処理により膨張するメカニズムについて、金属張積層体３０を例に挙げて説明する。

金属張積層体３０の作製には、接着剤を使用せず、フィルム基材１１に直接金属をめっきする方法で作製する。その際、めっき皮膜に応力を残し、その後の熱処理によって、あらかじめ平面方向に一定量収縮させた金属張積層体３０を作製する。

即ち、無電解めっき法により下地金属層１３を形成する際、めっき皮膜が引張応力になるようなめっき液、めっき条件にて皮膜を作製する。次に、フィルムの軟化温度まで加熱することにより、フィルムを軟化させ、めっき皮膜の応力により金属張積層体３０を平面方向に収縮させる。

配線基板を作製する際、エッチングによって一部の金属層１２を除去することにより、めっき皮膜の応力が除去される。したがって、再度加熱することによりフィルム基材１１の収縮量が解放される。即ち、半田加熱時に膨張する金属張積層体３０を得ることが可能となる。

次に、本発明を適用可能な金属張積層体の一製造方法について説明する。ここでは、フィルム基材１１に直接金属をめっきして金属張積層体３０を作製する方法を例に挙げて説明する。

まず、めっき前にフィルム基材１１の表面に粗化処理を行う（表面の粗化処理）。次に、無電解めっきを行い金属層の下地層（下地金属層、または、下地めっき層）１３を形成する（下地金属層の形成処理）。下地金属層１３を形成する際には、めっき皮膜の応力が引張応力となるようにめっきを行う。

引張応力をもつ下地金属層１３を形成するには、めっき浴のｐＨが弱酸性から中性であり、６０℃以上の高温で実用的に析出される無電解ニッケル−リンめっき液が適する。また、析出した金属皮膜のリン濃度は５％以下である低濃度リン、５〜１０％程度の中濃度リン皮膜が適する。

めっき皮膜（ここでは、下地金属層１３である）の応力が引張応力か、圧縮応力かの判定は、フィルム基材１１の片面のみにめっきを行い、めっき後の金属張積層体の反りの方向をみて判定できる。即ち、めっき皮膜が上になるように置いたとき、凹状になれば、めっき皮膜は引張応力を示し、凸状になれば、めっき皮膜は圧縮応力を示す。

これにより、めっき皮膜は、フィルム基材１１に対して収縮する力が発生するので、その後の熱処理においてフィルム基材が軟化すると、めっき皮膜の応力により金属張積層体３０は平面方向に収縮することになる。

したがって、めっき液の選定、めっき条件によってめっき皮膜の応力を制御し、熱処理によってフィルム基材１１を軟化させることによって、あらかじめ平面方向に収縮させた金属張積層体３０を作製することが可能である。

フィルム基材１１の表面への下地めっきとしては、無電解ニッケル−リンめっき液、無電解銅めっき液などを用いて、フィルム基材１１の表面に０．０５から０．５ミクロン厚の範囲で下地金属層１３を析出させる。

次に、熱処理を行う（熱処理）。ここで、熱処理は、金属張積層体３０が平坦形状を維持できるように張力を負荷した状態で行うこと、または、著しい変形を防ぐためにフィルムを重ねた静止状態を維持できる状態で行うことが望ましい。即ち、平坦な支持板にフィルムを複数枚重ねて加熱を行うこと、または、ロール状に巻き取った状態で加熱を行うことが望ましい。または、加熱から冷却まで一貫して金属張積層体３０が平坦形状を維持できるように、金属張積層体３０に張力を負荷して連続的に加熱しても良い。

この熱処理によってフィルムが軟化し、めっき皮膜の応力によって金属張積層体３０は平面方向に収縮する。収縮量が大きいほど、銅エッチング後の半田加熱時の膨張量が大きくなる。

最後に、下地めっき上に、電気銅めっきにて、導体として１ミクロンから２０ミクロン厚の上部金属層１２を形成し（上部金属層の形成処理）、金属張積層体３０を作製する。

上述した金属張積層体３０の作製方法においては、下地金属層１３を形成した後に、熱処理を行い、最後に上部金属層１２を形成しているが、下地金属層１３を形成した後に、続けて上部金属層１２を形成し、最後に熱処理を行うようにしても良い。
収縮量を大きめに設定したときは、下地金属層１３のみを形成した後に熱処理を行った方が良い。無電解めっき皮膜のみの方が、引張応力が大きいためである。

次に、本発明を適用可能な回路基板及び電子部品について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る回路基板を示す断面図である。ここでは、図１に示した金属張積層体１０を用いて回路形成された回路基板を例に挙げて説明する。
図４に示すように、回路基板４０は、フィルム基材１１と、フィルム基材１１の面１１ａ上に積層された回路形成された回路金属層１５とを有している。この回路基板４０の回路金属層１５の形成方法としては、例えば、サブトラクト法により、所望の配線パターンとなるように、図１に示した金属張積層体１０の金属層１２の不要な金属部分をエッチングにて取り除き、所望の配線パターンを有する回路金属層１５を形成する。

図５は、本発明の一実施形態に係る電子部品を示す断面図である。ここでは、図４に示した回路基板４０を用いた電子部品を例に挙げて説明する。
図５に示すように、電子部品５０は、図４に示した回路基板４０の表面に半導体素子１６の実装部分を残してソルダーレジスト１７が塗布されており、回路基板４０の回路金属層１５と半導体素子１６の電極とがバンプ１８によって接続されている。

上述した本発明を適用可能な金属張積層体１０を用いることにより、回路基板４０に半導体素子１６を実装する際の半田加熱等による熱歪みを小さくすることができる。従って、信頼性の高い回路基板４０及び電子部品５０を作製することができる。

次に、本発明に好適ないくつかの実施例を説明する。ここでは、銅エッチング後の熱処理による本発明を適用可能な金属張積層体の平面方向の寸法変化率（膨張率）の測定結果、及び、本発明を適用可能な金属張積層体を用いた回路基板と半導体チップとの接続信頼性についての実施例を説明する。

（液晶ポリマーフィルムの実施例及び比較例）
フィルム基材１１として光学的異方性の溶融相を形成し得る高分子フィルム（液晶ポリマーフィルム）を使用した場合について説明する。ここでは、高分子フィルム（液晶ポリマーフィルム）として、（株）クラレ製のＶｅｃｓｔｅｒＣＴを使用した場合について説明する。尚、フィルム厚は５０ミクロン厚を用いた。

まず、高分子フィルムを、１０規定の水酸化カリウム溶液に８０℃で１５〜３０分間浸して、表面を溶かし凸凹を形成する。次に、コンディショナー処理、ニッケル合金の無電解めっき処理、熱処理、銅の電気めっき処理の各処理を順に施して本発明を適用可能な金属張積層体３０（フィルム金属張積層体）を製造した。

コンディショナー処理は、奥野製薬工業（株）製のＯＰＣ−３５０コンディショナーにより、高分子フィルムの表面を洗浄した。ここで、パラジウムを含む触媒付与液として奥野製薬工業（株）のＯＰＣ−８０キャタリスト、活性化剤としてＯＰＣ−５００アクセラレーターを用いた。

ニッケル合金の無電解めっき処理は、フィルム両面にニッケル−リンめっきを行った。市販のニッケル−リンめっき液として、奥野製薬工業（株）製のトップニコロン ＬＰＨ−ＬＦを使用した。

皮膜応力は、浴温度、ｐＨ、次亜リン酸と金属ニッケルの比率等を変更させ、異なる下地めっき皮膜（下地金属層１３）からなるフィルム金属張積層体３０を作製した（実施例１から実施例１０の１０種類）。ｐＨは５．６から６．３の範囲とし、０．１ミクロン厚の下地めっき層（下地金属層１３）を両面に形成した。

めっき皮膜（下地金属層１３）の応力の判定には、片面のみめっきを行い、めっき後に発生する反りの方向をみて、引張応力か、圧縮応力かを判断した。尚、めっき後にめっき皮膜側が凹となる場合に引張応力、凸となる場合に圧縮応力と判断した。

熱処理は、フィルム金属張積層体を熱処理槽に入れ、熱処理温度を２００℃から２５０℃にて１０分保持した。

銅の電気めっき処理は、導体厚（金属層１２の厚さ）が８ミクロンになるように銅（金属層１２）を形成した。銅電気めっき液は下記を用いた。尚、添加剤として、荏原ユージライト（株）製のキューブライトＴＨ−ＲＩＩＩを使用した。尚、全ての実施例では両面に導体（金属層１２）を形成した。

硫酸銅 １２０ ｇ／Ｌ
硫酸 １５０ ｇ／Ｌ
濃塩酸 ０．１２５ ｍＬ／Ｌ（塩素イオンとして）
なお、実施例９、実施例１０は電気銅めっき後、８０℃で３０分の乾燥を行った後、２００℃以上の熱処理をした。この場合のめっき皮膜の応力の判定は、片面のみ導体まで形成した状態での凹凸を見て、引張応力か、圧縮応力かの判断をした。

また、比較例１から比較例６として、実施例１から実施例１０と同様のフィルム基材１１を用い、同様にアルカリ溶液にて表面を粗化した。

比較例１では、無電解めっき液としてトップニコロンＬＰＨ−ＬＦを用いた。また、ｐＨを６．９とし、０．１ミクロン厚のニッケル−リンの下地めっき層を形成した。その後の熱処理は、熱処理温度を１６０℃で１０分とした。その後、銅の電気めっき処理は、導体厚が８ミクロンになるように銅を形成した。

比較例２では、無電解めっき液として、米国ローム・アンド・ハース社製のオムニシールド１５８０を用いた。ｐＨを９とし、０．１ミクロン厚のニッケル−リンの下地めっき層を形成した。その後の熱処理は、熱処理温度を２３０℃で１０分とした。その後、銅の電気めっき処理は、導体厚が８ミクロンになるように銅を形成した。

比較例３では、無電解めっき液として、米国ローム・アンド・ハース社製のオムニシールド１５８０を用いた。ｐＨを９とし、ニッケル−リン皮膜を０．１ミクロン厚形成した。その後、８０℃で３０分の乾燥をした後、電気銅めっきを行い、続いて熱処理をした。

比較例４から比較例６では、無電解めっき液として、奥野製薬工業（株）製のトップニコロンＮＡＣを用いた。ｐＨを４．６とし、０．１ミクロン厚のニッケル−リンの下地めっき層を形成した。その後の熱処理は、熱処理温度を比較例４では２４０℃で、比較例５では２５０℃で、比較例６では２６０℃で、それぞれ１０分とした。その後、銅の電気めっき処理は、導体厚が８ミクロンになるように銅を形成した。

以上のような条件で作製した実施例１から実施例１０及び比較例１から比較例６のフィルム金属張積層体について、導体を除去した後、加熱による平面方向の寸法変化率（膨張率）を、次の方法によって測定した。

ＩＰＣ−ＴＭ−６５０ ２．２．４に記載の寸法安定性の測定方法に類似した方法にて平面方向の変化率を求めた。２７０ｍｍ×２９０ｍｍのフィルム金属張積層体の四隅にけがき線を形成し、４つの評点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを作製し、初期値として、ＡＢ間、ＢＣ間、ＣＤ間、ＤＡ間の評点距離を測定した。

次に、評点エリアを除く部分の金属をすべてエッチングにより除去した。エッチングには塩化銅を用いた。その後、半田加熱温度を想定した２４０℃で１分の熱処理を行った。熱処理中はフィルムに高温槽の熱風の影響がでないようにするため、フィルムを金属製の箱に入れ、無負荷状態にて熱処理を行った。

熱処理後に再度、ＡＢ間、ＢＣ間、ＣＤ間、ＤＡ間の評点距離を測定し、初期値からの変化量をもとめ、フィルム金属張積層体の長手方向、幅方向のもとめた変化量の平均を平面方向の寸法変化率（膨張率）とした。表１に、銅エッチング後の熱処理による平面方向の寸法変化率（膨張率）の測定結果を示す。

表１に示すように、実施例１から実施例１０の平面方向の寸法変化率（膨張率）は、０．０６〜０．３８％であった。また、比較例１から比較例３の平面方向の寸法変化率（膨張率）は、−０．１〜０．０４％であった。また、比較例４から比較例６の平面方向の寸法変化率（膨張率）は、０．４１〜０．４８％であった。

次に、半導体チップの基板との接続信頼性を試験するため、ＣＯＦ基板を作製して、温度サイクル試験を行った。

金属をエッチングにより除去した回路基板を作製し、フリップチップボンダーを用いてＴＥＧチップに接続して電子部品を作製した。ここで、実施例１から実施例１０及び比較例１から比較例６で作製した両面基板のフィルム金属張積層体を用いて片面パターンを作製した。ＴＥＧチップとして、日立超ＬＳＩシステムズよりＪＴＥＧ Ｐｈａｓｅ６＿５０を使用し、それに適合する配線基板を作製した。尚、ＪＴＥＧ Ｐｈａｓｅ６＿５０の仕様は下記である。

チップサイズ ： １．６ｍｍ×１５．１ｍｍ×１５．１ｍｍ
パッドピッチ ： ５０ミクロン
パッド数 ： ４７９パッド
バンプサイズ ： ３０ミクロン×１００ミクロン
バンプ ： 金めっき 高さ１０ミクロン
回路基板を作製するため、フィルム金属張積層体をサブトラクト法によってエッチングした後、Ｓｎめっきを０．５ミクロン厚になるように、置換めっきによって銅表面に析出させた。その後、ソルダーレジストを塗布して回路基板を作製した。

回路基板とチップとの接続は、フリップチップボンダーにてチップのバンプと回路基板との位置合わせを行い、Ｓｎの溶融温度以上に加熱してチップと回路基板の接合を行った。

信頼性試験として、温度サイクル試験を行った。温度サイクル試験条件として、−５５℃で１０分間保持した後、１２５℃まで昇温して１０分間保持、さらに−５５℃への降温を繰り返した。接続抵抗として、チップと回路基板との接続抵抗を１００サイクル毎に測定し、初期抵抗から２０％増加したところで、破断とみなした。温度サイクル試験によって測定した破断までのサイクル数を、表２及び図６に示す。

表２及び図６に示すように、銅エッチング後に、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例１から実施例１０において、破断までのサイクル数が大きいことがわかった。即ち、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例１から実施例１０において、高い接続信頼性を示していることがわかった。また、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．１〜０．３％のである実施例３から実施例８において、特に、高い接続信頼性を示していることがわかった。

一方、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％未満の比較例１から比較例３、及び、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．４％以上の比較例４から比較例６において、破断までのサイクル数が小さく、接続信頼性が低いことを示していることがわかった。

次に、その他のフィルム基材として、ＰＥＥＫ、熱可塑性ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、非熱可塑性ポリイミドを用いた場合について説明する。

（ＰＥＥＫの実施例及び比較例）
フィルム基材としてＰＥＥＫを使用した場合について説明する。ここでは、ＰＥＥＫとして、三菱樹脂（株）製のＩＢＵＫＩを使用した場合について説明する。尚、フィルム厚は５０ミクロン厚を用いた。

まず、ＰＥＥＫを、１０規定の水酸化カリウム溶液に８０℃で１５〜３０分間浸して、表面を溶かし凸凹を形成する。次に、コンディショナー処理、ニッケル合金の無電解めっき処理、熱処理、銅の電気めっき処理の各処理を順に施してフィルム金属張積層体を製造した。

表３に示すめっき液にて、０．１ミクロン厚の下地めっき層を形成し、表３に示す熱処理温度にて１０分間の熱処理を行った。
銅の電気めっき処理は、導体厚が８ミクロンになるように銅を形成した。尚、全ての実施例では両面に導体を形成した。

以上のような条件で作製した実施例１１から実施例２０及び比較例７から比較例１２のフィルム金属張積層体について、高分子フィルム（液晶ポリマーフィルム）の場合と同様に、導体を除去して後の加熱による平面方向の寸法変化率（膨張率）を測定した。また、半導体チップの基板との接続信頼性を試験するため、ＣＯＦ基板を作製して、温度サイクル試験を行った。表３及び図７は、銅エッチング後の熱処理による平面方向の寸法変化率（膨張率）の測定結果及び温度サイクル試験によって測定した破断までのサイクル数の測定結果を示したものである。

表３及び図７に示すように、銅エッチング後に、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例１１から実施例２０において、破断までのサイクル数が大きいことがわかった。即ち、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例１１から実施例２０において、高い接続信頼性を示していることがわかった。

一方、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％未満の比較例７から比較例９、及び、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．４％以上の比較例１０から比較例１２において、破断までのサイクル数が小さく、接続信頼性が低いことを示していることがわかった。

（ＰＥＴ、ＰＥＮの実施例及び比較例）
フィルム基材としてＰＥＴ、ＰＥＮを使用した場合について説明する。ここでは、ＰＥＴとして、帝人デュポンフィルム（株）製のテトロン ＨＳＬを使用した場合について説明する。尚、フィルム厚は５０ミクロン厚を用いた。また、ＰＥＮとして、帝人デュポンフィルム（株）製のテオネックス Ｑ８３を使用した場合について説明する。尚、フィルム厚は５０ミクロン厚を用いた。

まず、フィルムの粗化として、ブラスト処理を行い、サンドマット加工を施し、フィルム表面に凸凹を形成した。次に、コンディショナー処理、ニッケル合金の無電解めっき処理、熱処理、銅の電気めっき処理の各処理を順に施してフィルム金属張積層体を製造した。

表４に示すめっき液にて、０．１ミクロン厚の下地めっき層を形成し、表４に示す熱処理温度にて１０分間の熱処理を行った。
銅の電気めっき処理は、導体厚が８ミクロンになるように銅を形成した。尚、全ての実施例では両面に導体を形成した。

以上のような条件で作製した実施例２１から実施例３０及び比較例１３から比較例１８のフィルム金属張積層体について、高分子フィルム（液晶ポリマーフィルム）の場合と同様に、導体を除去して後の加熱による平面方向の寸法変化率（膨張率）を測定した。また、半導体チップの基板との接続信頼性を試験するため、ＣＯＦ基板を作製して、温度サイクル試験を行った。

ここで、ＰＥＴ、ＰＥＮは耐熱性が低いため、平面方向の寸法変化率（膨張率）の測定における導体を除去して後の加熱では、ＰＥＴの場合は１７０℃で１分、ＰＥＮの場合は２００℃で１分の加熱処理とした。また、ＰＥＴ、ＰＥＮフィルムは、耐熱性が低いため、ＳｎめっきとＢｉめっきを行った。また、チップとの接続は約１５０℃の加熱にて実施した。

表４及び図８は、銅エッチング後の熱処理による平面方向の寸法変化率（膨張率）の測定結果及び温度サイクル試験によって測定した破断までのサイクル数の測定結果を示したものである。

表４及び図８に示すように、銅エッチング後に、加熱温度が１７０℃または２００℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例２１から実施例３０において、破断までのサイクル数が大きいことがわかった。即ち、加熱温度が１７０℃または２００℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例２１から実施例３０において、高い接続信頼性を示していることがわかった。

一方、加熱温度が１７０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％未満の比較例１３から比較例１５、及び、加熱温度が２００℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．４％以上の比較例１６から比較例１８において、破断までのサイクル数が小さく、接続信頼性が低いことを示していることがわかった。

（熱可塑性ポリイミドの実施例及び比較例）
フィルム基材として熱可塑性ポリイミドを使用した場合について説明する。ここでは、熱可塑性ポリイミドとして、三井化学のＡＵＲＵＭを使用した場合について説明する。尚、フィルム厚は２５ミクロン厚を用いた。

まず、熱可塑性ポリイミドを、１０規定の水酸化カリウム溶液に８０℃で５〜１５分間浸して、表面を溶かし凸凹を形成する。次に、コンディショナー処理、ニッケル合金の無電解めっき処理、熱処理、銅の電気めっき処理の各処理を順に施してフィルム金属張積層体を製造した。

表５に示すめっき液にて、０．１ミクロン厚の下地めっき層を形成し、表５に示す熱処理温度にて１０分間の熱処理を行った。
銅の電気めっき処理は、導体厚が８ミクロンになるように銅を形成した。尚、全ての実施例では両面に導体を形成した。

以上のような条件で作製した実施例３１から実施例４０及び比較例１９から比較例２４のフィルム金属張積層体について、高分子フィルム（液晶ポリマーフィルム）の場合と同様に、導体を除去して後の加熱による平面方向の寸法変化率（膨張率）を測定した。また、半導体チップの基板との接続信頼性を試験するため、ＣＯＦ基板を作製して、温度サイクル試験を行った。表５及び図９は、銅エッチング後の熱処理による平面方向の寸法変化率（膨張率）の測定結果及び温度サイクル試験によって測定した破断までのサイクル数の測定結果を示したものである。

表５及び図９に示すように、銅エッチング後に、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例３１から実施例４０において、破断までのサイクル数が大きいことがわかった。即ち、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例３１から実施例４０において、高い接続信頼性を示していることがわかった。

一方、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％未満の比較例２２から比較例２４、及び、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．４％以上の比較例１９から比較例２１において、破断までのサイクル数が小さく、接続信頼性が低いことを示していることがわかった。

（非熱可塑性ポリイミドの実施例及び比較例）
フィルム基材として非熱可塑性ポリイミドを使用した場合について説明する。ここでは、非熱可塑性ポリイミドとして、東レ・デュポン（株）製のカプトン１００ＥＮを使用した場合について説明する。

まず、非熱可塑性ポリイミドを、１０規定の水酸化カリウム溶液に８０℃で５〜１５分間浸して、表面を溶かし凸凹を形成する。次に、コンディショナー処理、ニッケル合金の無電解めっき処理、熱処理、銅の電気めっき処理の各処理を順に施してフィルム金属張積層体を製造した。

表６に示すめっき液にて、０．１ミクロン厚の下地めっき層を形成し、表６に示す熱処理温度にて１０分間の熱処理を行った。
銅の電気めっき処理は、導体厚が８ミクロンになるように銅を形成した。尚、全ての実施例では両面に導体を形成した。

以上のような条件で作製した実施例４１から実施例４６及び比較例２５から比較例２８のフィルム金属張積層体について、高分子フィルム（液晶ポリマーフィルム）の場合と同様に、導体を除去して後の加熱による平面方向の寸法変化率（膨張率）を測定した。また、半導体チップの基板との接続信頼性を試験するため、ＣＯＦ基板を作製して、温度サイクル試験を行った。表６及び図１０は、銅エッチング後の熱処理による平面方向の寸法変化率（膨張率）の測定結果及び温度サイクル試験によって測定した破断までのサイクル数の測定結果を示したものである。

表６及び図１０に示すように、銅エッチング後に、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例４１から実施例４６において、破断までのサイクル数が大きいことがわかった。即ち、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％〜０．４％である実施例４１から実施例４６において、高い接続信頼性を示していることがわかった。

一方、加熱温度が２４０℃で１分の加熱処理した後の平面方向の寸法変化率（膨張率）が、０．０５％未満の比較例２５から比較例２８において、破断までのサイクル数が小さく、接続信頼性が低いことを示していることがわかった。

上述した表１から表６及び図６から図１０に示したように、銅エッチング後の加熱による平面方向の寸法変化率（膨張率）が０．０５〜０．４％であると接続信頼性が高いことがわかった。また、通常の回路基板で用いられるＳｎ、ＳｎＡｇ系の半田付けを行う場合、フィルム基材としては、液晶ポリエステル（液晶ポリマー）、ＰＥＥＫにて高い接続信頼性が得られることがわかった。また、耐熱性が要求されない場合には、ＰＥＴ、ＰＥＮを用いることができることもわかった。

以上のことから、金属層をエッチングにより除去した後の熱処理により、平面方向に０．０５％〜０．４％膨張する金属張積層体を用いた回路基板に半導体チップを直接搭載する（例えば、バンプによって回路基板の電極と半導体チップとを接続する）ことにより接続信頼性の高い電子部品を製造することができる。

１０，２０，３０：金属張積層体
１１：フィルム基材
１２，１２´：金属層
１３：下地金属層
１５：回路金属層
１６：半導体素子
１７：ソルダーレジスト
１８：バンプ
４０：回路基板
５０：電子部品

本発明の第１の態様にかかる金属張積層体は、フィルム基材上に、該フィルム基材に引っ張り応力が生じるように下地金属層をめっきにより形成した後、熱処理により前記フィルム基材を軟化させて該フィルム基材を収縮させた後、銅または銅合金からなる金属層を形成した金属張積層体であって、
前記下地金属層及び前記金属層の少なくとも一部をエッチングで除去した後の熱処理における前記金属張積層体の平面方向の寸法変化率が、０．０６〜０．３８％であることを特徴とする。

本発明の第１の態様にかかる金属張積層体は、フィルム基材上に、該フィルム基材に引っ張り応力が生じるようにニッケル―リンからなる下地金属層をめっきにより形成した後、熱処理により前記フィルム基材を軟化させて該フィルム基材を収縮させた後、銅または銅合金からなる金属層を形成した金属張積層体であって、前記下地金属層及び前記金属層の少なくとも一部をエッチングで除去した後の熱処理における前記金属張積層体の平面方向の寸法変化率が、０．０６〜０．３８％であることを特徴とする。

本発明の第３の態様にかかる金属張積層体は、本発明の第１または２の態様にかかる金属張積層体において、前記フィルム基材が、熱可塑性フィルムであることを特徴とする。

本発明の第４の態様にかかる金属張積層体は、本発明の第３の態様にかかる金属張積層体において、前記フィルム基材が、光学的異方性の溶融相を形成しうる高分子、熱可塑性のポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂からなる群の中から選択されたいずれか１種類からなることを特徴とする。

本発明の第５の態様にかかる金属張積層体は、本発明の第１または２の態様にかかる金属張積層体において、前記フィルム基材が、非熱可塑性のポリイミド樹脂で形成されていることを特徴とする。

Claims (10)

1. フィルム基材と、銅（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）からなる金属層と、を有する金属張積層体であって、
   前記金属層の少なくとも一部をエッチングで除去した後の熱処理における前記金属張積層体の平面方向の寸法変化率が、０．０５〜０．４％であることを特徴とする金属張積層体。
2. 前記フィルム基材の平面方向の線膨張係数が１３〜６０ｐｐｍ／Ｋであることを特徴とする請求項１に記載の金属張積層体。
3. 前記フィルム基材と前記金属層との間に、下地金属層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属張積層体。
4. 前記下地金属層がニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金（Ｎｉ合金）、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ合金）のいずれか１種からなることを特徴とする請求項３に記載の金属張積層体。
5. 前記フィルム基材は、熱可塑性フィルムであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属張積層体。
6. 前記フィルム基材は、光学的異方性の溶融相を形成しうる高分子、熱可塑性のポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂からなる群の中から選択されたいずれか１種類からなることを特徴とする請求項５に記載の金属張積層体。
7. 前記フィルム基材は、非熱可塑性のポリイミド樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属張積層体。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の金属張積層体を用いて回路形成されていることを特徴とする回路基板。
9. 請求項８に記載の回路基板上に半導体素子が直接搭載されていることを特徴とする電子部品。
10. 前記半導体素子の電極がバンプによって前記回路基板に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の電子部品。

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