(57)【要約】【課題】緻密で高強度な中間層を有する電子部品用積層板材を提供する。【解決手段】電子部品用素材として用いられる三つ以上の層から構成される積層板材において、該積層板材は板材／単層または複数層でなる中間層／板材でなり、前記中間層の少なくとも一層が乾式成膜金属層からなり、前記乾式成膜金属層の断面組織における結晶粒径が実質的に５μｍ以下である電子部品用積層板材であり、好ましくは、板材と中間層との接合界面の平均粗さが実質的に１μｍ以下である電子部品用積層板材である。更に好ましくは、乾式成膜金属層が柱状晶である電子部品用積層板材であり、また更に望ましくは、引き剥がし強さが１ｋＮ／ｍ以上である電子部品用積層板材である。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品用素材として用いられる三つ以上の層から構成される積層板材において、該積層板材は板材／単層または複数層でなる中間層／板材の構成を有し、前記中間層の少なくとも一層が乾式成膜金属層からなり、該乾式成膜金属層の断面ミクロ組織における結晶粒径が実質的に５μｍ以下であることを特徴とする電子部品用積層板材。
【請求項２】
板材と中間層との接合界面の平均粗さが実質的に１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品用積層板材。
【請求項３】
乾式成膜金属層が柱状晶であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品用積層板材。
【請求項４】
引き剥がし強さが１ｋＮ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電子部品用積層板材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電子部品の構成部材として用いられる極薄中間層を有する積層板材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品及び実装分野では、小型化、薄型、軽量化が著しく進み、従来の構造の改良や全く新規な構造の開発が精力的に行われている。
例えば、ＳＡＷ（Ｓｕｒａｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）フィルター、水晶振動子等に採用されているセラミックパッケージは、セラミックパッケージ上にＦｅ−Ｎｉ合金板やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金板の両面に厚さ数μｍのＮｉ中間層を配置した板材とロウ材とを積層した積層板材からなる蓋体を被せ、電子ビーム等により加熱、封止するハーメチックシール構造が採用されている。
配線回路基板においては、複数の基板を積層した多層基板の開発が行われており、上下基板の接続方法について多くの提案が行われている。例えば、特開２００１−１１１１８９号では、導体回路形成用銅層と突起形成用銅層の間に厚さ数μｍのエッチングバリア層を配置した三層構造からなる積層板材を用いる方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記蓋体のＮｉ中間層は蓋体とセラミック製のベースとの接合に大きな影響を及ぼし、特にメッキにより形成されたＮｉ中間層はミクロホールやピンホールを多数内包するため強度が低く、加熱前後の伸縮時に破断するためパッケージの機密性を損なう原因となる。
また、配線回路基板に関する上記の特開２００１−１１１１８９号では、エッチングにより片側の銅層に導体回路を、反対側の銅層にはバンプと呼ばれる突起を形成することでエッチングバリア層を介して導体回路とバンプとを接続した基板を複数作成し、これらを積層し多層基板とする。この例に於いては、前記積層板材の中間層はエッチングバリアと上下層間の電気的接続を担うため、中間層に欠陥が存在するとエッチングバリア性と電気的接続信頼性を損なう原因となり、中間層の強度が低い場合も同様に基板製造工程で加わる熱伸縮により破断して電気的接続信頼性を損なう原因となるが、この方法においても中間層はメッキにより形成されることが開示されており、ミクロホールやピンホールを多数内包するため強度が低く、エッチングバリア性に劣るなどという欠点を有しているものである。
【０００４】
以上説明するように、従来から用いられている電子部品用積層板材においては、過熱に伴う軟化により中間層の強度が低いことや中間層に存在する欠陥によりエッチングバリア性に劣るなどの問題点が指摘されている。
本発明の目的は上述の問題を解決し、緻密で高強度な中間層を有する電子部品用積層板材を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上述の問題を鋭意検討した結果、中間層が乾式成膜層から成り、その断面組織における結晶粒径を微細に調整することで強度とエッチングバリア性に優れた中間層を有する積層板材となることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、電子部品用素材として用いられる三つ以上の層から構成される積層板材において、該積層板材は板材／単層または複数層でなる中間層／板材の構成を有し、前記中間層の少なくとも一層が乾式成膜金属層からなり、該乾式成膜金属層の断面組織における結晶粒径が実質的に５μｍ以下である電子部品用積層板材である。
好ましくは、板材と中間層との接合界面の平均粗さが実質的に１μｍ以下である電子部品用積層板材である。
更に好ましくは、乾式成膜金属層が柱状晶である電子部品用積層板材である。
また更に望ましくは、引き剥がし強さが１ｋＮ／ｍ以上である電子部品用積層板材である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明の重要な特徴は三つ以上の層から構成される積層板材において、中間層のうち少なくとも一層が乾式成膜金属層からなり、前記乾式成膜金属層の断面組織における結晶粒径を実質的に５μｍ以下としたことにある。
中間層を乾式成膜金属層とした理由は、本質的に密度が高く、欠陥やクラックが極めて少ないためであり、特にエッチングバリアとして用いる場合、優れたバリア性を有するためである。また、半導体用パッケージに用いる場合に動作信頼性上問題となるアルカリ金属（Ｎａ、Ｋ）等の不純物の混入が本質的に極めて少ないこともその理由である。
なお、本発明で言う中間層のうち少なくとも一層が乾式成膜金属層からなるとは、積層板材を構成する板材が板材と板材との積層材または、板材にメッキが施されて積層された構造となった場合もあり、中間層が複数層となる場合を含むものとして、中間層のうち少なくとも一層が乾式成膜金属層からなるとした。
【０００７】
結晶粒径を前述の範囲に規定した理由は、Ｐｅｔｃｈの式（降伏点）∝（結晶粒径）−１／２から理解されるように中間層の強度を向上させる効果があるためである。このため結晶粒径は小さいほど好ましく５μｍ以下とすれば十分であるが、好ましくは３μｍ以下であり、更に好ましくは１μｍ以下である。
また、特に配線回路基板に用いられる積層板材において中間層にφ５００μｍ以下の円形パターンや巾１００μｍ以下の直線などの微細なパターンをエッチングする際、高いパターン精度を得るには結晶粒径を１μｍ以下とすると良く、好ましくは０．５μｍ以下とすると良い。
なお、本発明において結晶粒径とは図１に示す通り断面組織の電子顕微鏡像や透過電子顕微鏡像等において個々の結晶粒に対して描いた最小外接円の直径ｄＧとする。また、結晶粒界は多くの材質において後述する個々の柱状晶内に生成され、乾式成膜金属層を膜面に垂直に切断した断面、もしくは膜面に平行にスライスした断面を透過型電子顕微鏡で観察することにより観察可能である。
【０００８】
本発明の積層金属板においては、界面粗さを平均１μｍ以下に調整することが好ましい。その理由は、界面の粗さがこれ以上大きいと中間層の破断の起点となり、接続信頼性を損ねる原因となるためである。平均界面粗さは好ましくは０．５μｍ以下であり、更に好ましくは０．３μｍ以下である。なお、界面粗さの定義は例えば日本工業規格Ｂ０６０１に従うものとする。
また、平均界面粗さを前述の範囲に調整するには、後述する製造方法において素材の表面粗さを上述の範囲に調整することにより可能である。
【０００９】
本発明の積層金属板においては、乾式成膜金属層が柱状晶からなることが好ましい。その理由は乾式成膜層を柱状晶とすることにより繊維状構造が得られ、特に繊維に対して直角にあたる方向すなわち膜面に平行な方向に加わる応力に対する強度を高めることが出来るためである。
なお、本発明において柱状晶とは乾式成膜金属層を膜面に垂直に切断した断面に現れる繊維状の構造を指す。この柱状晶の輪郭は前述の結晶粒径観察と同様に透過型電子顕微鏡像においても確認出来るし、前記切断面をバフ研磨しイオンミリング装置等によりエッチングを施したのち走査型電子顕微鏡で観察しても明瞭に観察が可能である。
また本発明では、図２に示す柱状晶断面組織の模式図において内接する最長の線分をＬＡとし、その線分に直交し結晶粒の輪郭に内接する最長の線分の長さをＬＢとしたとき、ＬＡ／ＬＢで定義されるアスペクト比が２を超えるものと定義する。
【００１０】
更に、本発明の積層金属板においては、引き剥がし強度が１ｋＮ／ｍ以上であることが好ましい。その理由は引き剥がし強度がこの値を下回ると、例えば前記ハーメチックシール材や配線材に用いた場合、熱伸縮に伴うストレスにより界面から剥離する場合があるためである。
なお、引き剥がし強さの評価は一般的な１８０度ピールで行うことが可能であり、例えば日本工業規格Ｃ６４７１方法Ｂに定められている方法により行うものと定義する。
【００１１】
本発明の積層板材の製造方法としては、例えば本発明者らが特開２００１−１６２３８２号に開示している製造方法によって製造することができ、この特開２００１−１６２３８２号の製造方法の適用が生産性の観点から言うと好適であり、この方法で得られる積層板材は帯状の板材となる。
図３に示すように、真空槽内に配置された巻き出しスプール（２）と、もう一方の巻き出しスプールとから巻き出された金属箔Ａ（５）と、金属箔Ｂ（６）が乾式成膜装置の蒸着源（４）とほぼ対峙する位置に設けられた圧接用ロール（７）上を通過する時、箔の被接合表面に乾式成膜法により乾式成膜層が付着形成され、圧接用ロール（７）によって圧着接合が完了し、金属箔Ａと金属箔Ｂとの中間に乾式成膜金属層を有する電子部品用積層板材（８）を得ることが出来、これを巻き取りスプール（３）によって巻き取ることもできる。
【００１２】
乾式成膜層の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング等の物理蒸着法が適しており、いずれを選択しても良い。
結晶粒径を前記範囲に調整するためには、成膜条件を調整することにより可能であるが、例えば基板温度をＴ／ＴＭ＜０．８（Ｔ：基板温度、ＴＭ：融点、単位Ｋ）を満たす範囲に調整すると良い。
実際の基板温度は成膜時に基板に加わる熱量と基板からの放熱により失われる熱量によって決定されるため、これらの関係を制御することにより前記範囲に調整すると良い。
但し、基板温度を下げ過ぎると、乾式成膜層と板材との接合強度が低下する場合があるので、過剰に冷却することは避ける必要がある。また、成膜雰囲気に不純物を導入もしくは残留させることによって粒成長を抑制し結晶粒径を前記範囲に調整することが出来る。例えば、蒸着の場合、真空排気後、成膜前の残留ガス中の酸素分圧を増加させることにより結晶粒径を微細化させることが出来る。
【００１３】
乾式成膜層を柱状晶とするためには、例えば基板温度をＴ／ＴＭ＜０．７（Ｔ：基板温度、ＴＭ：融点　単位Ｋ）を満たす範囲に調整すると良い。また、成膜方式にスパッタ法を採用した場合、放電圧力を通常より高く設定すると良い。
但し、放電圧力が高過ぎると成膜速度が低下し生産性が低下するため、過剰に高圧に設定することは避ける必要がある。
【００１４】
【実施例】
以下の実施例により本発明の積層板材について詳述する。
（実施例１）
図３に示す装置の巻き出しスプールに厚さ１００μｍのＦｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ（ｍａｓｓ％）の板材と厚さ２０μｍのＡｇ−２９％Ｃｕ（ｍａｓｓ％）の板材を取り付け、圧接ロールに対峙させた蒸着源からＮｉを蒸着しながら接合を行い、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ（１００μｍ）／Ｎｉ（１０μｍ）／Ａｇ−Ｃｕ（２０μｍ）なる三層構成の電子部品用積層板材とした。この際、圧接ロール内に組み込んだヒーターにより素材温度が１００℃となるよう調整した。
なお、界面粗さの影響を比較するためそれぞれの板材は表面粗さが異なるものを複数用意しそれぞれについて積層板材を作製した。
比較材として片面に電解Ｎｉメッキを施したＦｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ（ｍａｓｓ％）の板材のＮｉメッキ面を接合面としてＡｇ−２９Ｃｕ（ｍａｓｓ％）の板材と重ね合わせ、クラッド圧延により接合した上述の積層板材と同様の厚さ構成からなる電子部品用積層板材を作製した。
【００１５】
これらの積層板材の中間層断面組織を観察するため、透過電子顕微鏡を用いて観察を行い中間層の結晶粒径を求めた。さらに断面をバフ研磨後イオンミリング装置を用いてエッチングを行い、柱状構造の輪郭を出した後、走査型電子顕微鏡を用いて観察を行い、アスペクト比、界面の粗さを画像処理により求めた。更に、日本工業規格Ｃ６４７１方法Ｂに定義されている方法によりピール強度を測定した。
次に上述の積層板材について１８０度折り曲げ試験を行い、試験前後の中間層の断面を研磨し光学顕微鏡により中間層の断面ミクロ組織を観察した。
更に上記素材を蓋の形状に打ち抜き加工し、セラミックベース上にロウ付けしハーメチックシール構造のパッケージを作成した。次にそれぞれの積層板材を用いたパッケージを無作為に抽出し気密性検査を実施した。
【００１６】
【表１】
2004095763.tif 000003
【００１７】
表１より、本発明の積層金属箔のＮｉ層には殆ど欠陥が見られなかったのに対し、比較例においては多数の欠陥が見られたことから、本発明の積層金属箔の中間層は高い強度を有することがわかる。また、接合界面の平均粗さＲａを１μｍ以下に調整した試料は特に高い強度を有することがわかる。なお、比較例においては中間層に柱状構造が確認出来なかった。
また、本発明の積層金属箔を用いたパッケージは気密性が良好であったが、比較例の積層金属箔においては、不良の比率が高く、断面観察を行ったところＮｉ層の破断、剥離が生じていた。
【００１８】
（実施例２）
図３に示す装置の巻き出し側に厚さ２５μｍと５０μｍの無酸素銅箔をそれぞれ取り付け、圧接ロールに対峙させた蒸着源からＴｉを蒸着しながら接合を行い、Ｃｕ（２５μｍ）／Ｔｉ（１μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）なる三層構成の積層板材を得た。この際、結晶粒径を変化させるために到達真空度を１０−２￣１０−４Ｐａの範囲で変化させ、界面粗さの影響を比較するために無酸素銅箔は表面粗さを変えたものを複数用意し、それぞれについて電子部品用積層板材を作製した。
比較材として真空熱間圧延にて無酸素銅、Ｔｉ箔、無酸素銅箔の順に重ね合わせ真空熱間クラッドにより接合したＣｕ（２５μｍ）／Ｔｉ（１μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）なる三層構成の積層板材を作製した。
次にこれらの積層板材の中間層断面組織を観察するため、透過電子顕微鏡を用いて観察を行い中間層の結晶粒径を求めた。さらに断面をバフ研磨後イオンミリング装置を用いてエッチングを行い、柱状構造の輪郭を出した後、走査型電子顕微鏡を用いて観察を行い、アスペクト比、界面の粗さを画像処理により求めた。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
上記積層板材の厚さ５０μｍの銅層に直径φ２００μｍのバンプのレジストパターンを形成し、次いで塩化第二鉄（４７ボーメ）を用いて銅層をエッチングし、エッチング後のバリア層の表面状態を実体顕微鏡を用いて観察した。本発明例の積層板材はいずれもバリア性が良好であったが、比較例においてはバリア層を貫通し反対側の銅層までエッチングされている部分が見られた。
続けてメルテックス（株）製エンストリップＰＬ−１４２コンクを用いてＴｉ層のエッチングを行い、バンプ周辺を走査型電子顕微鏡により隈なく観察したところ、本発明例の積層板材に形成したバンプ周辺はＴｉ層の結晶粒径が微細であるためバンプのパターンに忠実な形状が得られていたのに対し、比較例においてはＴｉ層の結晶粒径が大きいため、凹凸が見られた。
更に、上記素材を用いたテスト用基板を作成し、それぞれについて電流導通テストを行ったところ、本発明の積層金属板を用いた基板はバンプの導通が良好で高い合格率を示したのに対し、比較例の積層金属箔においては、Ｔｉ層の破断により導通不良が発生した。不良箇所の断面観察を行ったところＴｉ層の破断によるバンプ脱落が生じていた。特に結晶粒径が微細で表面粗さが低いものほど高いピール強度と導通信頼性を有していた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、高い品質を備えた中間層を有する電子部品用積層板材が得られ、高密度なエレクトロニクス用実装部材にとって欠くことのできない技術となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中間層の結晶粒径の定義を示す模式図である。
【図２】柱状晶の定義を示す模式図である。
【図３】積層板材の製造装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１．乾式成膜金属層、２．巻き出しスプール、３．巻き取りスプール、
４．蒸着源、５．金属箔Ａ、６．金属箔Ｂ、７．圧接用ロール、
８．積層板材（電子部品用積層板材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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