TWI440734B - A method for producing a metal foil having a resistive layer - Google Patents
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Description
本發明係關於一種具備電阻層之金屬箔之製造方法,例如係關於一種可用作可搭載於電路基板表面或內部之電阻元件的具備電阻層之金屬箔之製造方法。
最近,提出有於作為配線材料之銅箔上進一步形成由電阻材料構成之薄膜(電阻層)的技術(例如參照專利文獻1、2)。於電子電路基板中電阻元件不可或缺,只要使用具備電阻層之銅箔,則可藉由蝕刻形成於銅箔上之電阻層而形成電阻元件。藉由電阻之基板內藏化,相較於僅有如先前般使用焊接法將晶片電阻元件表面構裝於基板上之方法的情形,可有效利用基板有限之表面積。先前藉由使用例如NiCr等金屬材料之電阻體作為電阻層,而獲得10 ohm/sq~250 ohm/sq左右之薄片電阻值。
然而近年來,要求較利用NiCr等先前之金屬材料可實現之薄片電阻值更高之電阻值。並且,若使用NiCr等先前之金屬材料,則有時會因形成電阻元件時之蝕刻液或蝕刻選擇性之影響或電阻元件形成後進行焊料回焊(solder reflow)等高溫處理,而使得強度降低或最後獲得之電阻元件的薄片電阻值嚴重偏離所想要之值,有時並無法獲得充分之可靠性。
又,於將電阻層形成於銅箔等金屬箔之表面上而形成電阻元件之情形時,必須將接著強度提高到至少在電阻層
與金屬箔之間不會產生剝離的程度。通常而言,使金屬箔表面之表面粗糙度越粗糙,則金屬箔與電阻層之密接越提升,故先前會對金屬箔表面進行粗化處理等表面處理來增大表面粗糙度。
然而,若使金屬箔之表面粗糙度變得過大,則形成於金屬箔上之電阻層的電阻值不均會變大。尤其是於將電阻層薄膜化之情形時,即便藉由例如濺鍍等將均勻之薄膜狀的電阻層形成於粗糙之金屬箔表面上,亦會因其表面粗糙度而使電阻值不均增大。其結果,變得難以穩定地獲得想要之電阻元件的電特性。
[專利文獻1]日本特許第3311338號公報
[專利文獻2]日本特許第3452557號公報
鑒於上述課題,本發明提供一種可穩定地獲得電阻元件之電特性,可抑制金屬箔與配置於金屬箔上之電阻層之間的剝離,並且可實現高薄片電阻值的具備電阻層之金屬箔之製造方法。
為了解決上述課題,本發明人經潛心研究之結果,獲得如下見解:於適當之金屬箔上,將固有值電阻值較作為電阻層之先前NiCr等金屬合金層高的適當材料用作濺鍍靶,並且於製造電阻層時供應氧氣作為環境氣體是有效的。
並且,本發明人對配置電阻層之金屬箔的表面特性進行潛心研究後,發現:並非如先前般藉由粗化處理將金屬箔表面調節成具有特定表面粗糙度範圍(例如Rz6~8μm)
之表面,而是採用藉由對金屬箔表面實施處理而使表面粗糙度反而比先前更小之金屬箔,藉此可同時實現抑制金屬箔與電阻層之剝離及降低電阻層之電阻值不均。
基於該見解而完成之本發明於一態樣中,係一種具備電阻層之金屬箔之製造方法,其包含如下步驟:於具有利用光學方法測定之十點平均粗糙度Rz為1μm以下,且經離子束強度為0.70~2.10 sec.W/cm2
之離子束照射處理過之表面的金屬箔上,使用含有鎳、鉻、矽之濺鍍靶,一面供應氧氣作為環境氣體,一面藉由氣相成長法形成電阻層。
本發明之具備電阻層之金屬箔之製造方法於一實施態樣中,形成電阻層之步驟包括控制環境氣體之氧氣供應量以使電阻層中之氧濃度為20~60 at%。
本發明之具備電阻層之金屬箔之製造方法於另一實施態樣中,濺鍍靶含有NiCrSi合金或NiCrSiO合金。
本發明之具備電阻層之金屬箔之製造方法於再另一實施態樣中,使用含有Ni:2~10 at%、於Cr與Si之構成比率(Cr/(Cr+Si)×100[%])中Cr:73~79 at%、O:10~60 at%的濺鍍靶。
本發明之具備電阻層之金屬箔之製造方法於再另一實施態樣中,包括供應0~19 vol%之氧氣作為環境氣體。
本發明之具備電阻層之金屬箔之製造方法於再另一實施態樣中,更包括於電阻層上進一步配置熱塑性樹脂層。
本發明之具備電阻層之金屬箔之製造方法於再另一實施態樣中,金屬箔為電解銅箔或壓延銅箔。
根據本發明,可提供一種可穩定地獲得電阻元件之電特性,可抑制金屬箔與配置於金屬箔上之電阻層之間的剝離,並且可實現高薄片電阻值的具備電阻層之金屬箔之製造方法。
本發明之實施形態之具備電阻層之金屬箔之製造方法包含如下步驟:於具有將利用光學方法測定之十點平均粗糙度Rz調整為1μm以下之處理表面的金屬箔上,使用含有鎳、鉻、矽之濺鍍靶,一面供應氧氣作為環境氣體,一面藉由氣相成長法形成電阻層。
金屬箔例如可使用電解銅箔或壓延銅箔。所謂本實施形態之「銅箔」,係指除銅箔以外亦包括銅合金箔者。再者,於使用電解銅箔作為金屬箔之情形時,可使用通常之電解裝置製造,於本實施形態中,較佳為於電解製程中選擇適當之添加劑,或使滾筒旋轉速度穩定化等,從而預先形成銅箔之表面粗糙度均一且厚度相同的電解銅箔。金屬箔之厚度亦並無特別限制,例如可使用箔厚為5~70μm之金屬箔,尤其是箔厚為5~35μm之金屬箔。
金屬箔較佳為至少一側之表面其以光學方法測定之十點平均粗糙度Rz調整在1μm以下。此處,所謂「利用光學方法測定之十點平均粗糙度Rz為1μm以下、十點平均粗糙度Rz之不均為±5%以內」之處理表面,意指具有利用具備0.2μm×0.2μm以下之解析度之光干涉式光學表面形狀測定裝置進行測定時所獲得之十點平均粗糙度Rz之值的
表面。
即,自藉由光干涉表面形狀測定裝置獲得之粗糙度曲線,於其平均線之方向上僅截取基準長度,求得根據該截取部分之平均線於縱倍率方向上測定之最高之峰頂起至第5高之峰頂為止之標高的絕對值之平均值、與最低之谷底起至第5低之谷底為止之標高的絕對值之平均值的和,將利用以微米(μm)表示之值規定該值時的值定義為十點平均粗糙度Rz。
藉由採用該測定方法,可更具體地掌握金屬箔表面之表面粗糙度與電阻層之電阻值的相關關係。換言之,根據該測定方法,可評價隨著使平均粗糙度Rz於特定範圍內增大而電阻層之電阻值亦按一次函數上升的傾向,故而製造者可藉由根據目標電阻值控制電阻層之平均粗糙度Rz,而更穩定地製造具有所想要之電阻值的電阻層。
作為光干涉表面形狀測定機器,可使用非接觸立體表面形狀粗糙度測定系統,產品編號NT1100(WYKO光學輪廓儀(解析度為0.2μm×0.2μm以下,Veeco公司製造))。系統之測定方式為垂直掃描型干涉方式(Vertical Scan Interferometry/VSI方式),視野範圍為120μm×90μm,測定掃描濃度為7.2μm/sec。干涉方式為米勞(mirau)干涉方式(物鏡50倍,內部透鏡1倍)。
於本實施形態中,只要金屬箔之粗糙度Rz為1μm以下,即可獲得充分之密接強度,即便將粗糙度Rz設為0.5μm以下,進而設為0.4μm以下,亦可充分發揮本實施形
態之效果。粗糙度Rz之下限值並無特別限制,例如可將粗糙度Rz設為0.1 nm以上。
為了使金屬箔表面清潔化而實施表面處理。作為具體之表面處理手段,較佳為進行離子束照射。藉由對金屬箔表面進行離子束照射謀求表面之清潔化,從而提高金屬箔與配置於其上面之電阻層的密接強度。
若離子束照射之照射量過少,則有無法獲得充分之密接強度之情況,相反,於過多之情形時,由於電力消耗量之增大而使得生產性降低。並不限制於以下條件,例如將離子束強度設為0.70~2.10 sec.W/cm2
,更佳設為0.78~1.50 sec.W/cm2
。所謂本實施形態所說明之「離子束強度(sec.W/cm2
)」,係利用下式算出。
處理時間(sec)×離子束電壓(V)×電流(A)/處理面積(cm2
)
對金屬箔進行照射時之離子束功率例如於製品寬度為35 cm、線速為0.65 m/min(=1.08 cm/sec)之情形時,為0.78(sec.W/cm2
)×35(cm)×1.08(cm/sec)=29.5(W),若離子束功率約為30 W以上,則為充分之照射量。
於進行金屬箔之表面處理後,藉由氣相反應法於表面處理後之金屬箔表面上形成電阻層。作為氣相反應法,可適用使用濺鍍裝置等之物理氣相反應法。於使用濺鍍裝置之情形時,將金屬箔及濺鍍靶載置於濺鍍裝置之真空腔室
內。
作為濺鍍靶之材料,較佳使用形成電阻層時具有高於NiCr合金之固有值電阻值的金屬材料,例如可使用含有鎳(Ni)、鉻(Cr)、矽(Si)之濺鍍靶。作為含有Ni、Cr、Si之濺鍍靶材料,並不限制於以下,例如可利用NiCrSi合金、NiCrSiO合金等。藉由使用含有Ni、Cr、Si之濺鍍靶材料,相較於將NiCr合金或NiSiO合金等作為濺鍍靶材料之情形,可謀求所獲得之電阻層高電阻化及降低薄片電阻值之不均,並可提高電阻層之強度。
又,於本實施形態中,藉由在形成電阻層時調節氧氣供給量,可將電阻層中之氧濃度調整至較佳範圍,並可控制電阻層之固有電阻值。因此,濺鍍靶材料之具體組成並無特別限制,可為金屬靶,亦可為氧化物靶,可使用各種濺鍍靶材料。根據本發明,可於不改變濺鍍靶材料之情況下,形成具有想要之固有電阻值的電阻層,故可提高生產效率。
並不限定於以下,例如於使用NiCrSiO合金作為濺鍍靶材料之情形時,適用含有Ni:2~10 at%(atomic%)、於Cr與Si之構成比率(Cr/(Cr+Si)×100[%])中Cr:73~79 at%、O:10~60 at%的材料,更佳為含有Ni:2~5 at%、於Cr與Si之構成比率(Cr/(Cr+Si)×100[%])中Cr:76 at%、O:10~60 at%的材料。
於真空腔室內供給惰性氣體與反應性氣體作為環境氣體。惰性氣體宜為氬氣(Ar)、氮氣(N2
)等。反應性氣體
則使用氧氣。
關於氧氣,較佳以最後獲得之電阻層中的氧濃度成為20~60at%之方式控制氧供應量。所謂「電阻層中之氧濃度」,意指於對電阻層中之表面進行數分鐘左右氬氣濺鍍後,藉由X射線光電子分光法等測定最表面(深度為數nm左右)之氧濃度時的氧濃度。於電阻層中之氧濃度小於20 at%之情形時,電阻層之薄片電阻值有時不會明顯地提高。另一方面,於電阻層中之氧濃度大於60at%之情形時,有時電阻層會成為透明之玻璃狀而無法獲得想要之特性。
並不限定於以下之例,例如於使用Ni為4at%、Cr為60at%、SiO為36at%之NiCrSiO合金作為濺鍍靶而蒸鍍電阻層之情形時,藉由於真空腔室內以0~19 vol%較佳為2~17 vol%左右之氣體中氧氣比率供應氧氣,可將電阻層中之氧濃度控制為20~60 at%。
若濺鍍時導入之氧濃度有變動,則有時電阻層中之薄片電阻值之不均會變大。因此,較佳為嚴格地管理濺鍍時對真空腔室內之氧氣供應量。例如,為了使電阻層之薄片電阻值之不均為±5%以內,較佳為管理真空腔室內氧濃度之偏移在0.5%以內、更佳在0.3%以內。關於濃度管理,例如可藉由使用質量流量控制器等而管理成±0.1%左右。
亦可於電阻層上進一步配置熱塑性樹脂。作為熱塑性樹脂層,例如適用應用於電路基板之環氧樹脂系、聚醯亞胺系、玻璃環氧樹脂系之接合片材、接合膜,或含有聚醯亞胺及環氧樹脂之底漆(primer)(塗料)等。熱塑性樹脂
層之形成方法並無特別限制。例如,可於金屬箔表面與電阻層之間重疊固體狀之片材或膜,並藉由熱壓接進行接合,或亦可將液狀之底漆塗佈於金屬箔之表面上,並於乾燥後藉由熱壓接進行接合。熱塑性樹脂層之層厚亦無特別限制,只要形成至少1μm以上之樹脂層即可提高接合強度,樹脂層之層厚更佳為5~50μm。
於將本發明之實施形態之具備電阻層之金屬箔裝入電路基板內時,例如使具備電阻層之金屬箔之電阻層側接觸於電路基板上,藉由熱壓接等將電路基板與具備電阻層之金屬箔接合。繼而,於金屬箔上旋轉塗佈光阻膜,使用光微影技術進行圖案化。繼而,將經圖案化之光阻膜作為蝕刻遮罩,利用反應性離子蝕刻(RIE)等去除金屬箔及電阻層之一部分,並去除光阻膜。於殘留於電路基板上之金屬箔上進一步旋轉塗佈光阻膜,使用光微影技術圖案化成依照電阻元件之長度、表面積的形狀。將經圖案化之光阻膜作為蝕刻遮罩而去除金屬箔,並去除光阻膜,藉此於電路基板上形成電阻元件。其後,只要藉由公知之多層配線技術於電阻元件上形成絕緣層及配線層,即可於電路基板內埋設電阻元件。
如上所述記載本發明之實施形態,但構成該揭示之一部分之論述及圖式並非限定本發明者,業者可根據該揭示而知曉各種代替實施形態及運用技術。例如,為了進一步提高電解箔與電阻層之密接性,亦可於電解箔上形成例如
日本特願2009-503343號所揭示之任意之合金層(銅-鋅合金層及穩定化層)。如此,本發明當然包括未於此處明示之各種態樣,於實施階段中可於不脫離其主旨之範圍內變形並具體化。
以下表示本發明之實施例,但並不意圖將本發明限定於以下實施例中。
以下之實施例及比較例所示之各樣本係使用具備有離子束源之CHA公司製造之真空網腔室(Vaccume WEB Chamber)(14吋寬)作為電阻層濺鍍之前處理而製得。離子束源係使用考夫曼(Kaufman)型離子束源之6.0cm×40cm線性離子源(Linear Ion Source)(ION TECH INC製造)。離子束源之電源為ION TECH INC公司之MPS-5001,離子束之最大輸出約為3 W/cm2
。
準備厚度為18μm之電解銅箔。金屬箔表面(粗糙面)之利用光學方法測定之十點平均粗糙度Rz為0.51μm。使用上述濺鍍裝置,將線速、IB電壓、IB電流調整為表1所示條件,對電解銅箔之粗糙面進行表面處理。比較例1~3、實施例1~4之離子束強度分別為0.24 sec.W/cm2
(比較例1)、0.39 sec.W/cm2
(比較例2)、0.58 sec.W/cm2
(比較例3)、0.78 sec.W/cm2
(實施例1、3)、0.97 sec.W/cm2
(實施例2、4)。
繼而,使用由4質量at%之鎳(Ni)、60 at%之鉻(Cr)、18 at%之矽(Si)及18 at%之氧(O)構成之濺鍍靶,一面供應氧氣作為反應氣體,一面於銅箔上形成電阻層。對於實施例3及4,於電阻層上以平均塗佈厚度成為5μm之方式進一步塗佈液狀底漆,並於塗佈後乾燥而形成熱塑性樹脂。藉由熱壓接使玻璃布含浸有環氧樹脂而成之環氧樹脂基材(預浸物,松下電工製造之R-1661)接合於實施例1~2及比較例1~3之電阻層上或實施例3及4之熱塑性樹脂層上,並藉由基於IPC標準(IPC-TM-650)之剝離試驗測定剝離強度。結果示於表1。
如表1所示,於實施例1~4中,未產生金屬箔-電阻層間之剝離,於電阻層-基板間剝離。另一方面,於比較例1~3中,產生金屬箔-電阻層間之剝離,無法測定電阻層之剝離強度。
使用厚度為18μm之電解銅箔。金屬箔表面(粗糙面)
之利用光學方法測定之十點平均粗糙度Rz為0.8μm。將該電解銅箔放置於上述濺鍍裝置(CHA公司製造之14吋噴鍍金屬器)之真空腔室內,以線速為0.88 m/min進行搬送。首先,於該銅箔上,以IB電壓400V、IB電流100mA對銅箔表面整體進行表面處理(清潔化處理)。離子束強度均為0.73 sec.W/cm2
。
進而於該表面處理之後,使用由以at%比計Ni/Cr/SiO=4/60/36構成之濺鍍靶,於濺鍍功率為2.8 kW下進行38秒濺鍍。此時,使用氬氣作為環境氣體,於表2所示之條件下將氧氣導入於真空腔室內作為反應氣體,以腔室內壓成為5×10-3
Toll左右(以總供給氣體供給量計約為75 sccm)之方式進行調整,於電解銅箔上形成氧濃度為15~68 at%之由NiCrSiO構成的電阻層。
如表2所示,於電阻層中之氧濃度為20at%以下(比較例4)之情形時,電阻值未充分地提高。若電阻層中之氧濃度為20~60 at%之範圍(實施例5~8),則薄片電阻值隨著氧濃度上升而上升。再者,於電阻層中之氧濃度為68 at%之情形時(實施例9),電阻層玻璃化。
對於以與實施例1之電解銅箔相同方法形成之厚度為18μm、十點平均粗糙度Rz為0.51μm之電解銅箔,以線速為0.88 m/min、離子束強度為0.73 sec.W/cm2
進行表面處理,並使用由以at%比計Ni/Cr/SiO=4/60/36構成之濺鍍靶,以表3所示濺鍍功率進行濺鍍。此時,使用氬氣作為環境氣體,於表3所示條件下將氧氣導入於真空腔室內作為反應氣體,以腔室內壓成為5×10-3
Toll左右(總供給氣體供給量為75sccm)之方式進行調整而製作電阻層,並設為比較例5、實施例10、11。繼而,使用比較例5、實施例10、11,經由上述液狀底漆,與環氧樹脂基板積層製作單面基板,其後藉由蝕刻製作電阻元件,並測定所獲得之電阻元件於焊料回焊前後的電阻值。結果示於表3。
如表3所示,濺鍍時供應O2
之實施例10、11之電阻層與濺鍍時未供應O2
之比較例5相比,焊料回焊前後之電阻值的變化率變小。
Claims (11)
- 一種具備電阻層之金屬箔之製造方法,其包含如下步驟:於具有利用光學方法測定之十點平均粗糙度Rz為1μm以下,且經離子束強度為0.70~2.10 sec.W/cm2 之離子束照射處理過之表面的金屬箔上,使用含有鎳、鉻、矽之濺鍍靶,一面供應氧氣作為環境氣體,一面藉由氣相成長法形成電阻層。
- 如申請專利範圍第1項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其中,該形成電阻層之步驟包括控制環境氣體之氧氣供應量以使該電阻層中之氧濃度為20~60 at%。
- 如申請專利範圍第1項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其中,該濺鍍靶含有NiCrSi合金或NiCrSiO合金。
- 如申請專利範圍第2項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其中,該濺鍍靶含有NiCrSi合金或NiCrSiO合金。
- 如申請專利範圍第1項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其使用含有Ni:2~10 at%、於Cr與Si之構成比率(Cr/(Cr+Si)×100[%])中Cr:73~79 at%、O:10~60 at%的濺鍍靶。
- 如申請專利範圍第2項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其使用含有Ni:2~10 at%、於Cr與Si之構成比率(Cr/(Cr+Si)×100[%])中Cr:73~79 at%、O:10~60 at%的濺鍍靶。
- 如申請專利範圍第5項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其包括供應0~19 vol%之氧氣作為環境氣體。
- 如申請專利範圍第6項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其包括供應0~19 vol%之氧氣作為環境氣體。
- 如申請專利範圍第1至8項中任一項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其更包括於電阻層上進一步配置熱塑性樹脂層。
- 如申請專利範圍第1至8項中任一項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其中,該金屬箔為電解銅箔或壓延銅箔。
- 如申請專利範圍第9項之具備電阻層之金屬箔之製造方法,其中,該金屬箔為電解銅箔或壓延銅箔。
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