(57)【要約】      （修正有）【課題】ばね構造を形成する安価な手法、特に、電子部品を互いに連結するのに適したばね構造を形成する方法を提供する。【解決手段】基板２００の一部に、発泡剤を含む剥離層３００を、通常は印刷によって成膜する。さらに、前記剥離層３００上と基板２００上の両方にメッキにて金属膜を成膜する。次に、剥離層３００を加熱して発泡剤を分解し、金属膜の一部を剥離させる。金属膜が丸まって基板平面から離れ、ばね構造５００を形成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に発泡剤を付着させ、
金属の層を成膜して、前記金属の剥離性部位を前記発泡剤の上に積層し、前記金属の非剥離性部位を基板に接着し、
前記発泡剤の加熱において、前記発泡剤が前記金属の剥離性部位を剥離させ、その際に得られる力によって前記金属の剥離性部位が丸まって前記基板の平面から離れる温度まで前記発泡剤を加熱すること、
を含む、ばね構造の形成方法。
【請求項２】
基板の上に発泡剤を付着させ、
応力金属の層の成膜において、異なる温度または異なる圧力で複数の異なる層を成膜して内部応力勾配を形成することで前記応力金属を作製し、前記応力金属の剥離性部位を前記発泡剤の上に積層し、前記応力金属の非剥離性部位を前記基板に接着することで、応力金属の層を成膜し、
前記発泡剤の加熱において、前記発泡剤が前記応力金属の剥離性部位を剥離させ、その際に得られる力によって前記応力金属の剥離性部位が丸まって前記基板の平面から離れる温度まで前記発泡剤を加熱すること、
を含む、ばね構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を相互接続させるための応力金属ばねの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の密度が増加してそのサイズが小さくなっても、縮小した部品を連結する相互接続構造はこのようなサイズの縮小に対応できない。この問題に対処するため、応力金属（stressed metal）ばね技術の利用をはじめとする進歩的な相互接続機構が開発されている。
【０００３】
応力金属ばねの作製コストは高価である。ばねの作製時に、応力金属は剥離層の上に積層される。剥離層の形成は複雑な工程であり、この工程が相当にコストを上昇させる。レジスト層の蒸着は、レジストの塗布と、焼き付けと、フォトプリントと、現像とを含むフォトリソグラフィ処理を伴うもので、通常は真空下で行われる。更に、剥離層にウェットエッチングを施して、剥離層の上に積層された応力金属を剥がす。その後、剥離層の残留物の除去と洗浄が行われる。
【０００４】
前述した処理技術は堅牢な構造をもたらすが、真空処理技術は高価である。このような高コストは、低コストの用途における応力金属ばね構造の利用を非現実的なものにしている。極めて低コストの用途では、応力金属を複数層蒸着するだけでも費用がかかり過ぎると考えられる可能性がある。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，７６３，９４１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９０４，４９８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ばね構造を形成する安価な手法、特に、電子部品を互いに連結するのに適したばね構造を形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ばね構造の形成方法について記述する。基板に発泡剤を付着させる。金属層の剥離性部位は発泡剤の上に成膜され、金属層の非剥離性部位は基板に接着される。この構造は、発泡剤によって金属の剥離性部位が剥がれるまで加熱する。その際に得られる力によって金属の剥離性部位が丸まって基板の平面から離れ、ばね構造を形成する方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ばね構造を作製する改良された方法およびその構成について説明する。本構成では、臨界温度を超えると分解する発泡剤（blowing agent）を含む剥離材料を使用する。剥離材料は、金属細長片の一部を基板に接着する。臨界温度の上まで加熱すると、前記発泡剤が分解して前記金属細長片の一部が剥がれる。この剥がれた部分がカールしてばね構造を形成する。
【０００９】
図１に、前述した処理を用いて成形できる積層構造の一例を示す。この積層構造１００は、複数の層１０４，１０８，１１２を含む。これらの各層は、対応回路１１６，１２０，１２４を含む。複数のばね相互接続部（回路相互接続要素）１２８，１３２，１３６は、各層１０４，１０８，１１２の回路と、隣接する各層の回路とを電気的に接続する。
【００１０】
ばね構造を形成する前述の方法は、多数の各種用途に応用されるが、下記では、積層構造のうちの１つの層を形成することを例にとって説明する。例示する積層構造についてその構成内容を示すが、この構成内容は、ここに記載する技術の幅広い用途を限定するために提示するものではない。
【００１１】
図２に、初期状態の基板２００を示す。この基板は、各種の幅広い材料で作製してよい。ばねが回路相互接続要素１２８，１３２，１３６を形成する場合、基板２００は、通常、集積回路の構成部品を搭載するのに適した材料で作製される。
【００１２】
図２では、ポリイミド膜２０４が、土台となるベース基板を形成する。積層構造に使用する場合、ポリイミド膜は、基本的に、適切な構造保持を提供する十分な厚さを持つが、積層構造の嵩を増やさない程度に薄いものである。積層構造において、ポリイミド膜２０４は、典型的には１０〜１００マイクロメータの厚さである。
【００１３】
図示した実施形態において、基板２００は、ベース基板の上またはポリイミド膜２０４の上に蒸着（deposit）された薄い導電層２０８を含む。一実施例において、銅製の箔が前記導電層２０８を形成する。薄い導電層２０８は、ポリイミド膜に積層されてもよい。薄い導電層は、ばね接点を用いて、積層回路構成への裏面接続を行う場合に有用である。特に、ポリイミド膜２０４の開口部２１２によって、薄い導電層２０８の裏面接点を実現できる。
【００１４】
図３に、基板２００の一部に成膜（deposit）されて剥離層３００を形成する剥離材料を示す。剥離材料は、典型的には、「トリガ（trigger）温度」を超えて加熱されると分解する発泡剤（a blowing agent）を含む。分解時に、固体の発泡剤は、通常、昇華して、窒素ガスや炭酸ガスなどのガスの中に直接霧散する。
【００１５】
発泡剤のほとんどは有機化合物である。発泡剤の一例であるアゾジカルボンアミド（ＡＺ）は、摂氏２０５度より高い温度で、炭酸ガス、窒素ガス、および他のガスの中に分解する。最適なトリガ温度として、水の沸点より高く、かつ電子部品を損傷する温度より低い温度が選択される。例えば摂氏４００度より低い温度である。典型的なトリガ温度は、摂氏１４０度から摂氏２４０度の間の温度である。
【００１６】
また、剥離層３００の剥離材料も、通常、薄膜体を形成するマトリックス材料を含む。適切なマトリックス材料の一例は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリプロピレンなどの重合体である。加熱時に、ＰＭＭＡマトリックス材料内の発泡剤は、その破壊（fracture）がばねの剥離を促す脆性剥離層となる。一実施例において、ばねを丸める力は、剥離材料とは無関係である。応力金属の内部応力が、ばねを丸める典型的な力を提供する。
【００１７】
代替実施形態において、剥離材料は、加熱されると泡立つポリプロピレンなどの起泡剤（a foaming agent）を含む。起泡剤が起泡すると、その起泡動作が、ばね構造の剥離性部位を持ち上げる力を提供する。一実施例において、気泡剤は、加工後もばねの下に残る独立気泡（a closed cell foam）を形成する。この独立気泡は、ばね構造全体に弾力性を追加する空気ばねとして機能する。また、剥離材料は、発泡剤と気泡剤とを混合して用いてもよい。
【００１８】
起泡剤を有するポリプロピレン剥離材料は、「トリガ温度」を超える温度においても起泡し、柔軟な状態でそのまま残る。起泡剤を使用する場合、発泡剤のトリガ温度には、起泡剤の起泡温度とほぼ一致する温度を選択する。起泡剤の起泡温度と発泡剤の臨界温度をほぼ一致させることで、起泡のフリーフロー（free flow）が起泡内にばねを包み込んで埋めてしまうことを防止する。
【００１９】
剥離層３００を成膜する各種の方法を利用できる。剥離材料の射出液滴を用いて定位置に印刷（成膜）されるものでもよい。成膜方法としては、ジェット印刷、ステンシル印刷、スクリーン印刷を始め、各種の方法がある。前述した各種の印刷方法の利点の１つは、真空環境が不要な点である。真空処理を排除することで、大幅に処理コストが削減される。
【００２０】
剥離材料の粘度は、利用する成膜方法と適合させる必要がある。ステンシル印刷によって成膜する場合は、印刷を行う前に、溶媒を用いて剥離材料を溶解する。溶媒としては、たとえば、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）を使用して、剥離材料の有機物質を薄めて印刷を行う。ステンシル印刷で精細な特性を形成するには、２重量％のビニール化ヒュームドシリカなどの増粘剤を添加して、混合物のチキソトロピを増やしてもよい。
【００２１】
スクリーン印刷も、剥離材料の粘度の慎重な制御を伴うものである。この場合も、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）などの有機溶媒を用いて所望の粘度を得る。１０，０００ｃＰから８０，０００ｃＰの粘度より低い場合は、増粘剤を添加して、剥離材料の濃度と起泡特性を高める。コストの安いステンシル印刷とスクリーン印刷の粘度について説明したが、これ以外の成膜方法、たとえば、ジェット印刷やフォトリソグラフィによる成膜なども利用できることは十分に理解されるであろう。
【００２２】
図４に、基板２００および剥離層３００の上に成膜される膜４００を示す。膜４００の成膜方法の１つは、金属で導電層表面４０２をメッキして金属膜４００を形成するものである。金属の一部分、「剥離性部位」４０４は、剥離層３００に重畳し、金属の別の部分、「固定部位」または非剥離性部位４０８は、基板２００に重畳する。
【００２３】
一実施形態において、金属膜４００は応力金属層である。応力金属は、複数の異なる層が異なる張力を持つように複数の膜の層を蒸着（成膜（deposit））することで形成されてよい。特に、蒸着時に、温度または圧力を変えて、金属膜４００内の上側の層の原子が、下側の層の原子ほどには圧縮されないようにする。張力勾配は、金属膜４００の蒸着中に温度を上げるか、あるいは、金属膜４００の蒸着中にサンプルの周りの大気圧を減圧することで形成できる。剥離層３００が金属膜４００を剥離させると、内部応力によって膜が丸まって基板平面から離れる。
【００２４】
金属膜４００の蒸着後、膜にパターニングまたはエッチングを行って、図５に示すように残りのばね構造５００を得る。パターニング工程は、必要のない領域から金属膜４００を除去する。代替実施形態では、金属膜４００の形成中に蒸着処理を制御して、ばね構造５００を形成する材料のみが堆積されるようにする。たとえば、金属膜４００を印刷してばね構造５００を形成してもよい。慎重な蒸着を行うことで、除去工程が不要になる。どの形成方法を利用する場合であっても、ばね構造５００は、剥離層３００の上に設けられる「剥離性部位」５０４と、基板２００に接着される「固定部位」５０８とを含む。
【００２５】
剥離性部位５０４（剥離性部位４０４）の電気めっき工程は、導電性の剥離層３００を用いることで容易になる。剥離層３００への導電性材料の組み込みは、ばね構造５００の廻りに導電層を形成する１つの方法を提供する。炭素粒子などの導電性充填物は、剥離層３００内に導入できる被膜材料の一例である。約６０％の炭素混入によって、被膜材料に導電性が付与される。ＤｅＧｕｓａ社から市販されている、粒径が１〜１０ミクロンの炭素充填物は、ばね構造５００に優れた導電性被膜を提供する。導電性材料の融点は、通常、発泡剤のトリガ温度よりも低い。このように低い融点は、剥離より前に、被膜材料が溶融してばね構造５００に被膜を形成できるようにする。
【００２６】
図６に、トリガ温度の上まで剥離層３００を加熱した後のばね構造５００を示す。既に説明したように、トリガ温度の上では、発泡剤の分解によって、ばね構造５００の剥離部が剥がれる。ばね構造５００が応力金属であるときには、内部応力によってばね構造５００の剥離性部位５０４が丸まり、剥離性部位５０４は基板２００の平面から離れる。
【００２７】
図７に、代替ばね構造５００を示すが、この代替ばね構造５００では、剥離層３００がポリプロピレンなどの起泡剤を含む。加熱時に、剥離層３００内の発泡剤がばね構造５００の剥離性部位５０４を剥離させて、剥離部（剥離性部位５０４）を形成する。また、起泡剤が起泡構造７００を形成する。この起泡構造７００は、ばね構造の剥離部（剥離性部位５０４）を持ち上げる。起泡構造７００は、剥離部に弾力性と発条性（springiness）を与える独立起泡であってもよい。
【００２８】
結果的に得られる図６および図７の構造は、図１の積層相互接続構造内の１つのばね構造を表している。このばね構造を電子回路と組み合わせて積層すると、図１に示すような積層回路構成を形成できる。
【００２９】
積層相互接続構成という表現で説明したが、ここに記載した方法および技術は、広い用途に応用できることは理解されるであろう。たとえば、前述したばね構造は、他の相互接続機構と同様の印刷構造または誘導体構造に用いてもよい。記載した構成、および材料や装置パラメータを含む詳細内容は、理解を助けるための例として提示するものであって、本発明を限定するものでないことは、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】作製するばね構造の一つの用途を提供する積層相互接続構成を示す図である。
【図２】初期状態の基板を示す図である。
【図３】発泡剤を含む剥離層の成膜処理を示す図である。
【図４】剥離層および基板の上に成膜され、通常は応力金属からなる膜を示す図である。
【図５】剥離層上の剥離性部位と、基板に接着している非剥離性部位とを有するパターニング後の膜を示す図である。
【図６】剥離層内の発泡剤がトリガ温度の上まで加熱された後のばね構造を示す図である。
【図７】ばね構造のばね動作を支援する起泡材料を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  積層構造、１０４，１０８，１１２  層、１１６，１２０，１２４  対応回路、１２８，１３２，１３６  ばね相互接続部（回路相互接続要素）、２００  基板、２０４  ポリイミド膜、２０８  導電層、２１２  開口部、３００  剥離層、４００  金属膜、４０２  導電層表面、４０４，５０４  剥離性部位、４０８  非剥離性部位（固定部位）、５００  ばね構造、５０４  剥離部、５０８  固定部位、７００  起泡構造。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006173611.tif 000007
【図６】
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【図７】
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