(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終冷延または調質圧延時に、ダルロールを用いて圧延された粗化表面を有する銅または銅合金材であって、電子線３次元粗さ解析装置により表面を１０００倍に拡大して得られた表面に基づいて、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５〜０．８μｍの範囲であり、かつ
【数１】
0003881419.tif 000003
として定義される表面積代替値が１．００５〜１．０８の範囲であることを特徴とする樹脂との接合性に優れた銅または銅合金材。
【請求項２】
最終冷延後において、酸性溶液によりエッチングされた粗化表面を有する銅または銅合金材であって、電子線３次元粗さ解析装置により表面を１０００倍に拡大して得られた表面に基づいて、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５〜０．８μｍの範囲であり、かつ
【数２】
0003881419.tif 000004
として定義される表面積代替値が１．００５〜１．０８の範囲であることを特徴とする樹脂との接合性に優れた銅または銅合金材。
【請求項３】
最終冷延後においてアルカリ溶液中に浸漬され、該銅合金表面に形成された酸化皮膜による粗化表面を有する銅または銅合金材であって、電子線３次元粗さ解析装置により表面を３０００倍に拡大して得られた表面に基づいて、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３〜０．５μｍの範囲であり、かつ
【数３】
0003881419.tif 000005
として定義される表面積代替値が１．００５〜１．１の範囲であることを特徴とする樹脂との接合性に優れた銅または銅合金材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、およびポリイミドなどの樹脂との密着性に優れた銅または銅合金材に係り、特に半導体パッケージやヒートスプレッダ材、回路用材料として使用されるに適した銅または銅合金材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属と樹脂とが接合された部分が、製品の一部もしくは全体を構成している工業製品は多い。例えば、半導体ＩＣなどを格納するパッケージは、金属製リードフレームと封止用材料とから構成される。金属製リードフレームとしては、銅または銅合金がしばしば使用される。封止用材料には、過去にはセラミックスも使用されたが、現在ではコストの安い樹脂（エポキシ樹脂など）が主流を占めている。また、半導体パッケージ内部には、ヒートスプレッダとよばれる銅製金属板が使用される場合があるが、この金属板の周囲は樹脂で封止される。また、電子回路用基板では、銅箔がエポキシ樹脂を含有するガラス布基材やフェノール樹脂などに接合されている。
【０００３】
このように銅または銅合金材と樹脂とが接合している製品では、樹脂密着性がしばしば問題になる。一例をあげると、図１は、銅製リードフレームＬのダイパッド３の上に半導体チップ２を接着し、半導体チップをボンディングワイヤ５によりリードフレームのリード４と接続し、これらを一体のものとして熱硬化性樹脂からなる樹脂モールド１により封止することにより作製した半導体パッケージを示す。こうした樹脂を使用した半導体パッケージでは、図１に示すように、リードフレームと樹脂との密着性が不十分である場合には、パッケージ内部で樹脂が剥離したり、樹脂に亀裂が発生しやすいという問題がある。これを具体的に説明すると、樹脂内部に吸収された水分が、リードフレームダイパッドと樹脂との界面にまで達し、界面に蓄積した水分が半導体の発生する熱により膨張し、この膨張する力により樹脂がリードフレームダイパッドから剥離したり、あるいは樹脂に亀裂が発生するという現象である。この亀裂により、パッケージ内部の半導体は故障にいたるので、亀裂の発生は極力防止しなければならない。
上記の例のように、従来技術では、銅または銅合金のような金属材料と樹脂との密着性不良を起因とした問題が発生する場合があった。
【０００４】
例えば、銅リードフレーム材では半導体の組立工程において種々の加熱工程を経るので表面に酸化膜が生成しており、この酸化膜のリードフレーム母材への密着性が樹脂とリードフレーム材との密着性を支配していることに鑑み、酸化膜の組成を改良するべく、リードフレーム材を少量のＣｒ、Ｚｒ及びＺｎを含む銅合金、更にはＦｅ及びＮｉを追加的に含む銅合金から作製することが提唱されている。
また、密着性不良を改善するべく、アンカー効果を得るよう表面を粗化する方法が一般に採用されているが、いまだ十分の信頼性を得るに至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特定の組成の合金を使用する方法では、汎用性がなく、特定の分野にしか適用できない。銅または銅合金材と樹脂との接合部分が、製品の一部もしくは全体を構成している工業製品の種類が多いことに鑑み、本発明は、汎用性のある、そして十分の信頼性のある樹脂との密着性を与える銅または銅合金材を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明者が研究を行った結果、ダルロールによる圧延、酸性溶液によるエッチングまたはアルカリ溶液への浸漬による酸化膜の形成により銅または銅合金材の表面を特定範囲のプロフィルを有する粗化表面として形成することにより、良好な樹脂密着性を得ることができることが見い出された。その場合、銅または銅合金材表面の算術平均粗さ（Ｒａ）のみならず、銅または銅合金材材と樹脂とが接合する部分の正味の面積の指標である表面積代替値を適正な範囲とすることにより、良好な樹脂密着性を得ることができることが見い出されたものである。電子線３次元粗さ解析装置により表面を拡大して得られためっき材表面を基準として測定を行うのが好適であることも判明した。
【０００７】
こうした知見に基づいて、本発明は、
（１）最終冷延または調質圧延時に、ダルロールを用いて圧延された粗化表面を有する銅または銅合金材であって、電子線３次元粗さ解析装置により表面を１０００倍に拡大して得られた表面に基づいて、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５〜０．８μｍであり、かつ（測定から得られた試料の表面積）／（測定範囲の縦×横）として定義される表面積代替値が１．００５〜１．０８であることを特徴とする樹脂との接合性に優れた銅または銅合金材、
（２）最終冷延後において、酸性溶液によりエッチングされた粗化表面を有する銅または銅合金材であって、電子線３次元粗さ解析装置により表面を１０００倍に拡大して得られた表面に基づいて、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５〜０．８μｍであり、かつ（測定から得られた試料の表面積）／（測定範囲の縦×横）として定義される表面積代替値が１．００５〜１．０８であることを特徴とする樹脂との接合性に優れた銅または銅合金材、及び
（３）最終冷延後においてアルカリ溶液中に浸漬され、該銅合金表面に形成された酸化皮膜による粗化表面を有する銅または銅合金材であって、電子線３次元粗さ解析装置により表面を３０００倍に拡大して得られた表面に基づいて、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３〜０．５μｍであり、かつ（測定から得られた試料の表面積）／（測定範囲の縦×横）として定義される表面積代替値が１．００５〜１．１であることを特徴とする樹脂との接合性に優れた銅または銅合金材
を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
銅または銅合金材と樹脂との密着性を向上させることを目的として、選択された特定の方法により形成された粗化表面において、３次元表面粗さ解析装置の使用による表面粗さと表面積代替値とを最適の範囲に定め、適正なアンカー効果と表面積を有する表面特性を銅または銅合金材に賦与したことが本発明の特徴であり、この材料の使用で、より強固な樹脂との密着性を得ることができる。
【０００９】
本発明の銅または銅合金材は、純銅条もしくはＮｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐなどの合金元素を１種ないし複数種含有する銅合金条であり、りん青銅や高力導電性を有するコルソン合金（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ）などの一般的な銅合金も含まれる。銅および銅合金は、電気および熱の良導体であるので、半導体パッケージや回路用材料として広く使用される。
【００１０】
本発明では、表面粗さと表面積代替値とを規定するが、これらは株式会社エリオニクス製の３次元表面粗さ解析装置を使用し、粗化表面を倍率１０００倍または３０００倍で測定した値を採用している。これが測定の信頼性と便宜性の観点から最適と判断したからである。
【００１１】
３次元表面粗さ解析装置は、電子プローブで試料表面を高速でスキャンし、微細表面形状を確実にキャッチし、例えばＳＥＭ観察視野をリアルタイムでＣＲＴに三次元表示することができ、また表面積、Ｒａ、Ｒｚ、Ｒｍａｘ等や山数、粒度、等高線、面積率その他をグラフ等で表示することができる。表面積の計算は、微細表面形状画像において３点のサンプリング点を頂点とした三角形の面積和として算出する。なおこの計算は、測定機内部のコンピューターによりなされる。
【００１２】
粗化表面の算術平均粗さ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１にて定義、以下Ｒａとよぶ）は、対象面からランダムに抜き取った各部分における中心線平均粗さの算術平均値である。
【００１３】
表面積代替値は以下の式で表される：
【数４】
（測定から得られた試料の表面積）／（測定範囲の縦×横）
表面積代替値は、凹凸のある実際に樹脂と接触する表面の面積が凹凸のない平面の面積の何倍になっているかを表し、銅または銅合金材と樹脂とが接合する部分の正味の面積に比例する。樹脂密着性を向上させるためには、先述したアンカー効果のみならず、樹脂接合部の表面積も重要である。例をあげると、Ｒａが大きい金属材料と、Ｒａが小さい金属材料の樹脂密着性を比較すると、前者の密着性が必ずしもよいというわけではなく、後者の表面が微細に荒れて、表面積代替値が大きい場合には、後者の方がよくなる場合がある。すなわち、材料の表面粗さと表面積代替値とを適当に制御することが重要である。
【００１４】
図３は、後で実施例と関連して示すダルロールで圧延した純銅材の粗化表面の１０００倍の表面凹凸の鳥瞰図である。ここでは、１２０ミクロンのＸ軸と９０ミクロンのＹ軸が、測定範囲の縦×横として選択され、実際の微細輪郭が三次元表示されている。こぶ状の凹凸の高さが左側の高さ−色表示に合わせて、カラーで表されている。この場合、表面積代替値は、３次元表面粗さ解析装置による測定から得られた試料の実際の表面積を１２０ミクロン×９０ミクロンで割った値となる。
【００１５】
本発明の第１の様相に従えば、銅または銅合金材は、最終冷延または調質圧延時に、ダルロールを用いて圧延し、所定のＲａおよび表面積代替値を有する条を製造する。ダルロールとは、圧延ロールの一種であり、表面に微細な凹凸が形成されているロールである。圧延機に使用するダルロールは、表面をショットブラストや放電加工や研削砥石により加工し、調整したものである。ダルロールで圧延する理由は、本発明の銅または銅合金を安価でしかも再現良く製造できるからである。
この場合、ダルロールで圧延した銅または銅合金材の粗化表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は０．０５〜０．８μｍの範囲に規定される。このＲａは、電子線３次元粗さ解析装置により表面を１０００倍に拡大して得られた値である。Ｒａが上記範囲にある場合は、金属材料が樹脂の中に食い込み（アンカー効果）、良好な密着性が得られる。Ｒａが０．０５μｍ未満の場合には、アンカー効果が不十分で、樹脂密着性向上の効果が期待できない。また０．８μｍを超える場合には、樹脂密着性向上の効果が飽和するのに対し、この金属条を製造するためのダルロールの製造コストが高くなるなどの不都合が生じる。
表面性状を規定するもうひとつの条件である表面積代替値は、１．００５〜１．０８の範囲である。この値も、電子線３次元粗さ解析装置により表面を倍率１０００倍で拡大して得られた値である。表面積代替値が１．００５未満の材料では、接合部の面積が十分ではなく、一方、表面積代替値が１．０８を超えるものでは、樹脂密着性向上効果が飽和する一方で、製造コストは上昇するので、不経済である。
【００１６】
本発明の第２の様相に従えば、銅または銅合金材は、通常の最終圧延または調質圧延後に、銅または銅合金条を硫酸、塩酸、硝酸、硫酸＋過酸化水素などを含有する酸溶液中に浸漬させてエッチングし、所定のＲａおよび表面積代替値を有する条を製造する。この場合、先と同じく、電子線３次元粗さ解析装置により表面を１０００倍に拡大して得られた表面に基づいて、銅または銅合金材粗化表面のＲａを０．０５〜０．８μｍそして表面積代替値を１．００５〜１．０８の範囲とする。これら範囲に設定した理由は、ダルロールで圧延して得られた粗化表面に関して述べた理由と同じである。
エッチング加工はダルロール加工に比べコストは高いが、微細な凹凸を有する表面が得られるので、樹脂密着性を向上させる効果はより大きい。
【００１７】
本発明の第３の様相に従えば、通常の最終圧延または調質圧延後に、金属条を水酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム＋過酸化水素などを含有するアルカリ溶液に浸漬させることにより表面に酸化皮膜を形成させ、所定のＲａおよび表面積代替値を有する条を製造する。この場合、電子線３次元粗さ解析装置により表面を、ここでは測定の便宜上、３０００倍に拡大して得られた表面に基づいて、銅または銅合金材の酸化皮膜による粗化表面のＲａを０．０３〜０．５μｍ、そして表面積代替値を１．００５〜１．１の範囲とする。Ｒａおよび表面積代替値が上記範囲未満では十分な効果が得られず、また、上記範囲を超える場合には、効果が飽和しかつコスト高になるので不経済である。
この方法では、ダルロール加工に比べコストは高いが、微細な凹凸を有する表面が得られるので、樹脂密着性を向上させる効果はより大きい。
【００１８】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
純銅または銅合金材Ｃ７０２５（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍｇ）条を製造する工程において、最終圧延時または最終圧延後において、以下に示す処理を行い、厚み０．２５ｍｍの金属条試料を作製した：
［処理Ａ］  ショットブラスト法（金属に硬い微粒子を吹きつけて表面を荒らす方法）により表面に凹凸を付けた圧延ロールを使用し、最終圧延を行う。この際、粒子を吹きつける時の圧力を変えて作製した数種のロールを使用し、表面形状の異なる試料を作製する。
［処理Ｂ］  最終圧延後に、硫酸と過酸化水素とを含有する水溶液（４０℃）に金属条を浸漬させてエッチングする。この際、エッチング時間を変えて、表面形状の異なる試料を作製する。
［処理Ｃ］  最終圧延後に、水酸化ナトリウムと過酸化水素とを含有する水溶液（６０℃）に金属条を浸漬させ、表面に酸化皮膜を形成させる。この際、浸漬時間を変えて、表面形状の異なる試料を作製する。
【００１９】
表面粗さ（Ｒａ）と表面積代替値は、株式会社エリオニクス製３次元粗さ解析装置ＥＲＡ−８０００を使用し、表面を１０００または３０００倍に拡大して測定した。
樹脂との密着性の評価は、図２に示すように、各種金属条の試験片の表面に、接合部の面積が５０ｍｍ2 のエポキシ樹脂製の円柱体を密着硬化させ、試験片と上記円柱体を徐々に反対方向に引張り、それらの界面がせん断剥離するまでの引張強度で求めた。詳しくは、図２（ａ）〜（ｄ）の手順に従った。すなわち、試験に供する矩形の試験片（６０ｍｍ長×２５ｍｍ巾×０．２５ｍｍ厚）上にテフロン（Du Pont 社のポリテトラフルオロエチレンの商標名）製の面積５０ｍｍ2 の穴の付いた型材（厚さ３ｍｍ）を穴が試験片の一端部近くの中央に位置するように置き、穴にエポキシ樹脂を流し込み、１００℃で２時間硬化させ（ａ）、試験片上に断面積５０ｍｍ2 のエポキシ樹脂製の円柱体を形成した剪断試験片を作成し（ｂ）、次いで円柱体にぴったりと嵌合する穴のついた引張具をその穴がモールド樹脂円柱体に嵌合するように試験片上に被せ置き（ｃ）、そして後室温下で、引張試験機を使用して５ｍｍ／分の引張速度で試験片端と引張具端を矢印のように反対方向に引っ張る（ｄ）。こうして試験片上でのモールド樹脂の剪断強度が測定された。
【００２０】
これらの評価結果を表１に示す。本発明例に示した銅および銅合金材では樹脂との密着がよく、一貫した樹脂密着性（剪断引張強度）を示す。比較例１は処理を行わなかった純銅の例である。比較例２〜４では、処理Ａ〜Ｃにおいて得られた表面の算術平均粗さ（Ｒａ）および表面積代替値の一方が所定の範囲から外れており、樹脂密着性（剪断引張強度）が低下している。以上の結果より、本発明例に示した銅または銅合金材は、樹脂密着性が優れることがわかる。
【００２１】
【表１】
0003881419.tif 000002
【００２２】
図３は、先にも触れたように、３次元表面粗さ解析装置により観察した実施例１のダルロール圧延材表面の倍率１０００倍の表面凹凸の鳥瞰図である。図４は、３次元表面粗さ解析装置により観察した実施例３の酸溶液エッチング材表面の倍率１０００倍の表面凹凸の鳥瞰図である。図５は、３次元表面粗さ解析装置により観察した実施例５のアルカリ液で酸化膜を形成した材の表面の倍率３０００倍の表面凹凸の鳥瞰図である。図５は、同じく３次元表面粗さ解析装置により観察した比較例１の無処理の純銅材の倍率１０００倍の表面凹凸の鳥瞰図である。図３〜５と図６の比較から明らかなように、本発明材表面にはこぶ状の凹凸が多数形成されている。また、酸溶液でエッチングした図４およびアルカリ液で酸化膜を形成した図５の方が、ダルロール圧延による図３より微細な凹凸を有する表面が得られている。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の樹脂密着性に密着性に優れた銅または銅合金材では、樹脂との良好な密着性が得られ、その結果、半導体パッケージなどの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】樹脂モールドにより封止した半導体パッケージにクラックや剥離が生じた状況を示す説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）はめっき材と樹脂との密着性を評価するための試験方法の段階を順次示す斜視図である。
【図３】３次元表面粗さ解析装置により観察した実施例１の純銅ダルロール圧延材表面の表面凹凸を示す画像写真である（倍率１０００倍）。
【図４】３次元表面粗さ解析装置により観察した実施例３の純銅酸溶液エッチング材表面の表面凹凸を示す画像写真である（倍率１０００倍）。
【図５】３次元表面粗さ解析装置により観察した実施例５の純銅のアルカリ液酸化膜形成材表面の表面凹凸を示す画像写真である（倍率３０００倍）。
【図６】３次元表面粗さ解析装置により観察した比較例１の純銅材表面の画像写真である（倍率１０００倍）。
【符号の説明】
Ｌ  リードフレーム
１  樹脂モールド
２  半導体チップ
３  ダイパッド
４  リード
５  ボンディングワイヤ
【図１】
0003881419.tif 000006
【図２】
0003881419.tif 000007
【図３】
0003881419.tif 000008
【図４】
0003881419.tif 000009
【図５】
0003881419.tif 000010
【図６】
0003881419.tif 000011