JPH05106021A - 有機材料−金属間の接着の改良方法、ポリイミドフイルム、可撓性電子パツケージ及びロール・スパツタ・システム - Google Patents
有機材料−金属間の接着の改良方法、ポリイミドフイルム、可撓性電子パツケージ及びロール・スパツタ・システムInfo
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- JPH05106021A JPH05106021A JP4080683A JP8068392A JPH05106021A JP H05106021 A JPH05106021 A JP H05106021A JP 4080683 A JP4080683 A JP 4080683A JP 8068392 A JP8068392 A JP 8068392A JP H05106021 A JPH05106021 A JP H05106021A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ポリイミドとクロム−銅層との間の界面接着
を改良する 【構成】 ポリイミドに含まれる水を、全て除去せず
に、約1〜2重量%に調整する。ポリイミド表面をプラ
ズマ処理した後、クロム−銅層をスパッタ蒸着すると、
クロム−銅層のポリイミドへの接着が大幅に改良され
る。この方法によって製造される可撓性回路を組み込ん
だ電子パッケージング装置の信頼性は非常に高い。ま
た、ポリイミド以外の有機材料とクロム−銅以外の金属
との間、及び2つの有機材料の間の接着を改良するため
にも適用できる。
を改良する 【構成】 ポリイミドに含まれる水を、全て除去せず
に、約1〜2重量%に調整する。ポリイミド表面をプラ
ズマ処理した後、クロム−銅層をスパッタ蒸着すると、
クロム−銅層のポリイミドへの接着が大幅に改良され
る。この方法によって製造される可撓性回路を組み込ん
だ電子パッケージング装置の信頼性は非常に高い。ま
た、ポリイミド以外の有機材料とクロム−銅以外の金属
との間、及び2つの有機材料の間の接着を改良するため
にも適用できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属又は合金と有機材
料との間の界面接着を制御する方法、及びその方法によ
って製造される構造体に関するものである。
料との間の界面接着を制御する方法、及びその方法によ
って製造される構造体に関するものである。
【0002】更に詳細には、本発明は、金属又は合金の
ような1つの材料と、水又は水蒸気を吸収し易い、他の
流体又は溶媒を吸収し易い、あるいは他の流体又は溶媒
によって表面が劣化し易い有機材料のようなもう1つの
材料と、の間の界面接着を制御する方法、及びその方法
によって形成される密着した製品に関する。
ような1つの材料と、水又は水蒸気を吸収し易い、他の
流体又は溶媒を吸収し易い、あるいは他の流体又は溶媒
によって表面が劣化し易い有機材料のようなもう1つの
材料と、の間の界面接着を制御する方法、及びその方法
によって形成される密着した製品に関する。
【0003】更に詳細には、本発明は、金属又は合金、
特にクロム又は銅被覆されたクロムを含むフィルムと、
ポリイミド(PI)を含むフィルムと、の間の界面接着
を改良するための方法に関する。また、ラミネート構造
体におけるポリマー−ポリマー間の接合も改良する。本
発明はまた、本発明の方法によって形成された製品及び
その製品を製造する装置にも関する。
特にクロム又は銅被覆されたクロムを含むフィルムと、
ポリイミド(PI)を含むフィルムと、の間の界面接着
を改良するための方法に関する。また、ラミネート構造
体におけるポリマー−ポリマー間の接合も改良する。本
発明はまた、本発明の方法によって形成された製品及び
その製品を製造する装置にも関する。
【0004】本発明の方法、製品及び装置は、電子パッ
ケージング技術において特に有用である。電子パッケー
ジング技術では、ポリイミドフィルム及びコーティング
を可撓性の誘電性キャリアとして使用する可能性があ
り、この上に導電性回路が配設され、次にその上に任意
に、1つ又はそれ以上の集積回路チップ及び/又は表面
搭載コンポーネントが配設される。
ケージング技術において特に有用である。電子パッケー
ジング技術では、ポリイミドフィルム及びコーティング
を可撓性の誘電性キャリアとして使用する可能性があ
り、この上に導電性回路が配設され、次にその上に任意
に、1つ又はそれ以上の集積回路チップ及び/又は表面
搭載コンポーネントが配設される。
【0005】
【従来の技術】ある種の有機材料、特にある種のポリイ
ミドは、多数の観点から、例えば可撓性及びテープ自動
化ボンディング(TAB)構成等の電子パッケージング
の適用において、可撓性フィルム絶縁キャリアとして使
用される見込みがある。ポリイミドは可撓性なので取扱
いが容易であり、その熱膨脹係数(CTE)はシリコン
の熱膨脹係数と近いので、電子チップとポリイミドキャ
リアとの間を接続したときに都合がよい。ポリイミドの
線膨脹係数(2×10-5in / in ℃)は、ロール形式
で供給されるポリマーの中で最良のものである。PIを
電子産業で有用なものとするPIの他の特性は、誘電強
度(0.002インチ(約0.05ミリメートル)厚で
は典型的に5,400ボルト/0.001インチ(約
0.025ミリメートル))、散逸率(0.002イン
チ(約0.05ミリメートル)厚では0.0025)、
及び体積抵抗(0.002インチ(約0.05ミリメー
トル)厚及び125ボルトでは8×1015オーム・メー
トル)である。しかしながら、ポリイミドの水分吸収に
対する親和性によって、ポリイミドとその上に配設され
た導電ラインとの間の短期及び/又は長期的な接着の信
頼性が低いこと等、その使用に際して伴われる多くの困
難が生じる。
ミドは、多数の観点から、例えば可撓性及びテープ自動
化ボンディング(TAB)構成等の電子パッケージング
の適用において、可撓性フィルム絶縁キャリアとして使
用される見込みがある。ポリイミドは可撓性なので取扱
いが容易であり、その熱膨脹係数(CTE)はシリコン
の熱膨脹係数と近いので、電子チップとポリイミドキャ
リアとの間を接続したときに都合がよい。ポリイミドの
線膨脹係数(2×10-5in / in ℃)は、ロール形式
で供給されるポリマーの中で最良のものである。PIを
電子産業で有用なものとするPIの他の特性は、誘電強
度(0.002インチ(約0.05ミリメートル)厚で
は典型的に5,400ボルト/0.001インチ(約
0.025ミリメートル))、散逸率(0.002イン
チ(約0.05ミリメートル)厚では0.0025)、
及び体積抵抗(0.002インチ(約0.05ミリメー
トル)厚及び125ボルトでは8×1015オーム・メー
トル)である。しかしながら、ポリイミドの水分吸収に
対する親和性によって、ポリイミドとその上に配設され
た導電ラインとの間の短期及び/又は長期的な接着の信
頼性が低いこと等、その使用に際して伴われる多くの困
難が生じる。
【0006】短期間では、始めにポリイミドの上に金属
を付着させる工程に続く、付加的な電気メッキに関連す
る工程のような、付加的な処理工程によって、ポリイミ
ドはポリイミドによって吸収される化学溶液及び溶媒へ
さらされ、導電ラインを持ち上げる原因となる。長期間
では、ワーキングデバイスへの温度及び湿度の影響によ
ってライン接着が損傷されることは、絶対的な信頼性を
必要とする将来の高性能コンピュータシステムにおいて
許容できないものである。表面搭載チップ又は他のデバ
イスを有する可撓性フィルムキャリアは、チップとチッ
プが搭載される支持体との間の熱的ミスマッチによる問
題を低減する構成ではあるが、キャリアの金属部分と非
金属部分との間の接着に関する問題は、完全には解決さ
れていない。
を付着させる工程に続く、付加的な電気メッキに関連す
る工程のような、付加的な処理工程によって、ポリイミ
ドはポリイミドによって吸収される化学溶液及び溶媒へ
さらされ、導電ラインを持ち上げる原因となる。長期間
では、ワーキングデバイスへの温度及び湿度の影響によ
ってライン接着が損傷されることは、絶対的な信頼性を
必要とする将来の高性能コンピュータシステムにおいて
許容できないものである。表面搭載チップ又は他のデバ
イスを有する可撓性フィルムキャリアは、チップとチッ
プが搭載される支持体との間の熱的ミスマッチによる問
題を低減する構成ではあるが、キャリアの金属部分と非
金属部分との間の接着に関する問題は、完全には解決さ
れていない。
【0007】ポリイミドは約3〜4重量%の水を吸収す
ることが知られている。しかしながら、機械的な孔開け
によって生じる粉塵及び破片を洗浄する際に水を使用す
るので、ポリイミドを水へさらすことは不可避である。
また、湿潤なワーキング環境へさらすことは、常に避け
られるものではない。更に、ポリイミドは、付加的メッ
キプロセスにおいて電解質の水溶液へさらされる。ポリ
イミドが電解質へさらされると、溶質と共に溶液から導
電イオンが吸収され、ポリイミドの誘電特性及び接着力
を損なう。
ることが知られている。しかしながら、機械的な孔開け
によって生じる粉塵及び破片を洗浄する際に水を使用す
るので、ポリイミドを水へさらすことは不可避である。
また、湿潤なワーキング環境へさらすことは、常に避け
られるものではない。更に、ポリイミドは、付加的メッ
キプロセスにおいて電解質の水溶液へさらされる。ポリ
イミドが電解質へさらされると、溶質と共に溶液から導
電イオンが吸収され、ポリイミドの誘電特性及び接着力
を損なう。
【0008】米国特許第4、863、808号には、銅
とポリイミドとの間のバリヤ層としてのクロムの真空蒸
着は、その後の金及び錫メッキ浴によるアンダーカッテ
ィングに対する抵抗力を与えるものであると記載されて
いる。出願人は、クロム層の使用のみではポリイミドを
保護するのに十分ではないことを明らかにした。
とポリイミドとの間のバリヤ層としてのクロムの真空蒸
着は、その後の金及び錫メッキ浴によるアンダーカッテ
ィングに対する抵抗力を与えるものであると記載されて
いる。出願人は、クロム層の使用のみではポリイミドを
保護するのに十分ではないことを明らかにした。
【0009】研究の結果、金属とポリイミドとの間の接
着の促進におけるカルボニル形成の役割が提唱された。
ポリイミドと金属原子との間の相互作用については、基
本的に2つの解釈がある。
着の促進におけるカルボニル形成の役割が提唱された。
ポリイミドと金属原子との間の相互作用については、基
本的に2つの解釈がある。
【0010】Ho らによる "IBM Journal of Research a
nd Development, 32, 658 (1988)”に記載されている第
1のアプローチでは、入射される金属原子と分子のPM
DA部分の芳香環との間の電荷移動錯体の形成が提唱さ
れている。量子力学的な計算は、この相互作用が、クロ
ム−カルボニル基間の相互作用よりも重要であることを
示唆する。
nd Development, 32, 658 (1988)”に記載されている第
1のアプローチでは、入射される金属原子と分子のPM
DA部分の芳香環との間の電荷移動錯体の形成が提唱さ
れている。量子力学的な計算は、この相互作用が、クロ
ム−カルボニル基間の相互作用よりも重要であることを
示唆する。
【0011】Goldberg らによる "Journal of Vacuum S
cience Technology, A6, 991 (1988)" で提唱された第
2の相互作用では、ポリイミド構造のPMDA部分に第
1のCr原子が衝突すると記載されている。この衝突の
結果、第1のCr原子は酸化され、PI分子のPMDA
部分は還元されてモノアニオンとなる。カルボニル基と
Crイオンとの相互作用によってCr−O結合が形成さ
れる。第1の相互作用は、異なるチェーンからの2つの
カルボニル基の付いたCrイオンに関連する。追加のC
r蒸着によって、より多くのCr−O及びCr−N結合
が形成される。
cience Technology, A6, 991 (1988)" で提唱された第
2の相互作用では、ポリイミド構造のPMDA部分に第
1のCr原子が衝突すると記載されている。この衝突の
結果、第1のCr原子は酸化され、PI分子のPMDA
部分は還元されてモノアニオンとなる。カルボニル基と
Crイオンとの相互作用によってCr−O結合が形成さ
れる。第1の相互作用は、異なるチェーンからの2つの
カルボニル基の付いたCrイオンに関連する。追加のC
r蒸着によって、より多くのCr−O及びCr−N結合
が形成される。
【0012】後者の説明は、Cr/PI以外の、他の金
属/PI相互作用にも適用される。カルボニル基の数が
多くなるに従って、金属/PI界面では、より大きな相
互作用及びより優れた接着力が期待される。このような
理由から、酸素プラズマ処理によるカルボニル基の増大
は、製造される材料の接着性へ影響を与えるものと期待
される。
属/PI相互作用にも適用される。カルボニル基の数が
多くなるに従って、金属/PI界面では、より大きな相
互作用及びより優れた接着力が期待される。このような
理由から、酸素プラズマ処理によるカルボニル基の増大
は、製造される材料の接着性へ影響を与えるものと期待
される。
【0013】しかしながら、ポリイミドの水含有量を除
去する、というよりは制御することによって、クロムと
ポリイミドとの間の接着に関する問題が解決されること
は、先行技術において記載及び提言されていない。また
先行技術は、本発明のプロセス工程、構造又は装置の何
れをも、記載及び提言していない。先行技術は、金属と
有機材料との間の接着が、単に、カルボニル露出量と正
比例の関係を示すのではなく、露出の最適時間を越える
と実際には低下していくという事実を考慮していない。
去する、というよりは制御することによって、クロムと
ポリイミドとの間の接着に関する問題が解決されること
は、先行技術において記載及び提言されていない。また
先行技術は、本発明のプロセス工程、構造又は装置の何
れをも、記載及び提言していない。先行技術は、金属と
有機材料との間の接着が、単に、カルボニル露出量と正
比例の関係を示すのではなく、露出の最適時間を越える
と実際には低下していくという事実を考慮していない。
【0014】本発明の発明者らは、ポリイミドから全て
の水分を除去することは必要でないし、所望もされない
こと、そして実際には、少量の水分が残存していると、
金属と非金属との間の接着をこれまで見られなかった程
又は期待されなかった程まで高めることができるという
驚くべき発見をした。
の水分を除去することは必要でないし、所望もされない
こと、そして実際には、少量の水分が残存していると、
金属と非金属との間の接着をこれまで見られなかった程
又は期待されなかった程まで高めることができるという
驚くべき発見をした。
【0015】スパッタ・ロール・メタライザは、当該技
術で公知である。しかしながら、先行技術で知られてい
るシステムでは、酸素DCグロー・チャンバは冷却ドラ
ム・セクションにある。本発明のスパッタ・ロール・メ
タライザは、DCグロー・チャンバから離れてインライ
ンにセットされるので、酸素圧を増大することができ
る。
術で公知である。しかしながら、先行技術で知られてい
るシステムでは、酸素DCグロー・チャンバは冷却ドラ
ム・セクションにある。本発明のスパッタ・ロール・メ
タライザは、DCグロー・チャンバから離れてインライ
ンにセットされるので、酸素圧を増大することができ
る。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ポリイミドベースと回路化層との間の接着の程度が
制御された可撓性フィルムキャリアを提供することであ
る。
は、ポリイミドベースと回路化層との間の接着の程度が
制御された可撓性フィルムキャリアを提供することであ
る。
【0017】また本発明の目的は、ポリイミドベースと
回路化層との間の短期及び長期的な接着性が改良されて
先行技術より優れた可撓性フィルムキャリアを提供する
ことである。
回路化層との間の短期及び長期的な接着性が改良されて
先行技術より優れた可撓性フィルムキャリアを提供する
ことである。
【0018】更に本発明の目的は、気体又は液体の水分
に対する耐性が改良された可撓性フィルムキャリアを提
供することである。
に対する耐性が改良された可撓性フィルムキャリアを提
供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の及び他の
目的及び利点は、高エネルギ酸素原子による表面処理の
前に、高温でポリイミドキャリアから水を所定のゼロ近
傍レベルまで部分的にガス抜きすることを含む、本発明
のプロセス工程によって達成される。このプロセスは原
位置(イン・サイチュー)で実行され、任意に、真空ス
パッタ冷却ロールシステムで又はパネルプロセスとして
実行される。プロセスは、検出可能な”フットプリン
ト”を製品に残す。これは、ラザフォード後方散乱(R
BS)によって検出することができる。
目的及び利点は、高エネルギ酸素原子による表面処理の
前に、高温でポリイミドキャリアから水を所定のゼロ近
傍レベルまで部分的にガス抜きすることを含む、本発明
のプロセス工程によって達成される。このプロセスは原
位置(イン・サイチュー)で実行され、任意に、真空ス
パッタ冷却ロールシステムで又はパネルプロセスとして
実行される。プロセスは、検出可能な”フットプリン
ト”を製品に残す。これは、ラザフォード後方散乱(R
BS)によって検出することができる。
【0020】
【実施例】ポリイミドから水を完全に除去することは、
金属との接着を提供するため、及びポリマー−ポリマー
間の接合を強化するための必要条件であると考えられて
きた。また、水が一旦完全に除去されると、長時間にわ
たって接着を保持するためには水を寄せつけないことが
必要であると考えられてきた。また更に、この結果を得
るためには高温処理が必要であるとされてきた。本発明
は、プロセスと、プロセスを実行するための装置と、そ
れによって得られるメタライズされた有機構造体とを含
むものであり、得られる構造体の非金属部分と金属部分
との間には極めて高い接着力(今迄で最高の接着力)が
示される。強化された接着力を得るために、吸収された
全ての水を有機コンポーネント(ここではポリイミドと
して説明される)から除去することは必要ではないし、
所望もされないという驚くべきことが発見された。実
際、高温で全ての水を徹底的にガス抜きすると、接着力
が本発明よりも低下し、メタライゼーションの間に熱に
よるしわが有機コンポーネントに生じる。ポリイミドに
吸収された水を約1重量%〜約2重量%と推定されるレ
ベルへ減少させるようなガス抜き条件下、及び適度の温
度条件下では、接着力は向上される。更に、”悪い”、
即ちその特性が変化したポリイミドは、本発明によっ
て、再現性良く、金属との密着性の接合を形成できるよ
うになる。
金属との接着を提供するため、及びポリマー−ポリマー
間の接合を強化するための必要条件であると考えられて
きた。また、水が一旦完全に除去されると、長時間にわ
たって接着を保持するためには水を寄せつけないことが
必要であると考えられてきた。また更に、この結果を得
るためには高温処理が必要であるとされてきた。本発明
は、プロセスと、プロセスを実行するための装置と、そ
れによって得られるメタライズされた有機構造体とを含
むものであり、得られる構造体の非金属部分と金属部分
との間には極めて高い接着力(今迄で最高の接着力)が
示される。強化された接着力を得るために、吸収された
全ての水を有機コンポーネント(ここではポリイミドと
して説明される)から除去することは必要ではないし、
所望もされないという驚くべきことが発見された。実
際、高温で全ての水を徹底的にガス抜きすると、接着力
が本発明よりも低下し、メタライゼーションの間に熱に
よるしわが有機コンポーネントに生じる。ポリイミドに
吸収された水を約1重量%〜約2重量%と推定されるレ
ベルへ減少させるようなガス抜き条件下、及び適度の温
度条件下では、接着力は向上される。更に、”悪い”、
即ちその特性が変化したポリイミドは、本発明によっ
て、再現性良く、金属との密着性の接合を形成できるよ
うになる。
【0021】表1は、本発明の方法及び当該技術で既知
の方法によって2種類の条件下で得られる、0.3ミル
(約8μm)厚の導電ラインのポリイミドへの接着力
(グラム/ミリメートル)を表示したものである。
の方法によって2種類の条件下で得られる、0.3ミル
(約8μm)厚の導電ラインのポリイミドへの接着力
(グラム/ミリメートル)を表示したものである。
【0022】
【表1】
【0023】以下の例は、表1の値を得るための条件を
示すものである。
示すものである。
【0024】例1 Dupont Kapton H-film ポリイミド・ロール(ウェブと
もいう)の光沢面を真空インタロックを通って図4の真
空ロール・スパッタ・システム内へ400フィート(約
122メートル)/時の速度で通過させ、250℃で8
秒間真空で部分的にガス抜きした。市販のロール・メタ
ライザとは違って、図4のメタライザは、冷却ドラム・
セクションに酸素DCグロー・チャンバを備えていな
い。図4に示されるように、本発明の酸素DCグロー・
チャンバの特徴は、インライン構成と同様にセットされ
ていることである。これによって、70×10-3トルと
いう酸素圧を得ることができる。この圧力は、グロー・
ユニットがドラムに配置される従来のロール・メタライ
ザの圧力よりも約10倍高い。グロー放電をドラムで行
うためには、ドラムはスパッタ・ターゲットと近接して
配置され、スパッタされる金属の酸素汚染を最小限にす
るためにグロー圧力が低く保持されなければならない。
温度は、250℃に保持及びモニターした。次に、ポリ
イミドを約250オングストロームのクロム・ストライ
ク層でスパッタ被覆し、更に約6,000オングストロ
ームの銅層をスパッタした。全ての工程が完了するまで
真空を保持した。なお、図4において、C1〜C6はス
パッタ・カソード、DCはDCグロー電極、DPは作動
排気チャンバ、Iは中間ローラ、IRは赤外ヒータ、L
はリーク・ローラ・バルブ、Pは位置決めローラ、Tは
張力測定ローラ、UWは巻出ローラ、Wは巻取ローラ
を、それぞれ示すものである。
もいう)の光沢面を真空インタロックを通って図4の真
空ロール・スパッタ・システム内へ400フィート(約
122メートル)/時の速度で通過させ、250℃で8
秒間真空で部分的にガス抜きした。市販のロール・メタ
ライザとは違って、図4のメタライザは、冷却ドラム・
セクションに酸素DCグロー・チャンバを備えていな
い。図4に示されるように、本発明の酸素DCグロー・
チャンバの特徴は、インライン構成と同様にセットされ
ていることである。これによって、70×10-3トルと
いう酸素圧を得ることができる。この圧力は、グロー・
ユニットがドラムに配置される従来のロール・メタライ
ザの圧力よりも約10倍高い。グロー放電をドラムで行
うためには、ドラムはスパッタ・ターゲットと近接して
配置され、スパッタされる金属の酸素汚染を最小限にす
るためにグロー圧力が低く保持されなければならない。
温度は、250℃に保持及びモニターした。次に、ポリ
イミドを約250オングストロームのクロム・ストライ
ク層でスパッタ被覆し、更に約6,000オングストロ
ームの銅層をスパッタした。全ての工程が完了するまで
真空を保持した。なお、図4において、C1〜C6はス
パッタ・カソード、DCはDCグロー電極、DPは作動
排気チャンバ、Iは中間ローラ、IRは赤外ヒータ、L
はリーク・ローラ・バルブ、Pは位置決めローラ、Tは
張力測定ローラ、UWは巻出ローラ、Wは巻取ローラ
を、それぞれ示すものである。
【0025】全体的な真空プロセスは、図3のフローチ
ャートに示されている。ウェブを市販の銅電気メッキ浴
で0.3ミル(約8μm)の厚さへ電気メッキした。サ
ブトラクティブに、即ち、フォトリソグラフ法で保護領
域に銅を被覆して、被覆されていない領域を溶解するこ
とによって、ラインを形成した。ラインの接着は、85
℃及び80%相対湿度の温度−湿度チャンバ内での10
00時間の促進環境応力と共に、標準90度剥離試験に
よって評価した。上記促進環境応力は、接着評価に通常
使用されるテストであり、計算上は10年間の使用に等
しいものと考えられる。表1に示される5.6g/mmの
接着力を標準偏差5%未満で得るために5本のラインの
試験を行った。
ャートに示されている。ウェブを市販の銅電気メッキ浴
で0.3ミル(約8μm)の厚さへ電気メッキした。サ
ブトラクティブに、即ち、フォトリソグラフ法で保護領
域に銅を被覆して、被覆されていない領域を溶解するこ
とによって、ラインを形成した。ラインの接着は、85
℃及び80%相対湿度の温度−湿度チャンバ内での10
00時間の促進環境応力と共に、標準90度剥離試験に
よって評価した。上記促進環境応力は、接着評価に通常
使用されるテストであり、計算上は10年間の使用に等
しいものと考えられる。表1に示される5.6g/mmの
接着力を標準偏差5%未満で得るために5本のラインの
試験を行った。
【0026】例2 ポリイミド・ウェブから水を部分的にガス抜きする工程
に続いて、クロム蒸着工程の前に、ポリイミド・ウェブ
の表面を200フィート(約61メートル)/時で高エ
ネルギ酸素原子処理する点を除いて、例1で記載された
のと同一の手順を実行した。この追加のプラズマ工程
は、プラズマ工程の前又は後で真空を解除することな
く、原位置で実行した。ライン接着力は61.8g/mm
と測定された。
に続いて、クロム蒸着工程の前に、ポリイミド・ウェブ
の表面を200フィート(約61メートル)/時で高エ
ネルギ酸素原子処理する点を除いて、例1で記載された
のと同一の手順を実行した。この追加のプラズマ工程
は、プラズマ工程の前又は後で真空を解除することな
く、原位置で実行した。ライン接着力は61.8g/mm
と測定された。
【0027】例3 ヒータの温度を250℃ではなく150℃に保持する点
を除いて、例2に記載されたのと同一の手順を実行し
た。得られたライン接着力の測定値は、43.3g/mm
であった。
を除いて、例2に記載されたのと同一の手順を実行し
た。得られたライン接着力の測定値は、43.3g/mm
であった。
【0028】例1〜例3に記載された実験から、400
ft/hrのウェブ速度では、200ft/hrの酸素
プラズマを、150℃以上(実際には約250℃)のヒ
ータ温度と組み合わせると、金属ラインと非金属キャリ
アとの接着(上記3例においては、ポリイミド上のクロ
ム−銅ストライク層上の0.3ミル(約8μm)電気メ
ッキ銅線)が大幅に改良されることが判った。
ft/hrのウェブ速度では、200ft/hrの酸素
プラズマを、150℃以上(実際には約250℃)のヒ
ータ温度と組み合わせると、金属ラインと非金属キャリ
アとの接着(上記3例においては、ポリイミド上のクロ
ム−銅ストライク層上の0.3ミル(約8μm)電気メ
ッキ銅線)が大幅に改良されることが判った。
【0029】上記3例において、 Kapton H ポリイミド
の他に、実質的に同様の結果を持って使用することので
きる他のポリイミドは、Kapton V、 UBE Upilex 'S' 及
び 'R'、Kanegafuchi Apical 'AV' 、並びに Mitsubish
i Novax 等である。0.005インチ(約0.13ミリ
メートル)及び0.002インチ(約0.05ミリメー
トル)厚のDupontH Kapton 、並びに0.002インチ
(約0.05ミリメートル)厚の UBE Upilex S を再現
性良く試験した。
の他に、実質的に同様の結果を持って使用することので
きる他のポリイミドは、Kapton V、 UBE Upilex 'S' 及
び 'R'、Kanegafuchi Apical 'AV' 、並びに Mitsubish
i Novax 等である。0.005インチ(約0.13ミリ
メートル)及び0.002インチ(約0.05ミリメー
トル)厚のDupontH Kapton 、並びに0.002インチ
(約0.05ミリメートル)厚の UBE Upilex S を再現
性良く試験した。
【0030】ウェブをRFプラズマ、DCグロー又はイ
オンビームに短時間さらすことによって、高い酸素原子
エネルギ処理工程を実行することができるが、酸素原子
は、クロム−ポリイミド相互作用をもたらすのに十分な
エネルギでなければならない。
オンビームに短時間さらすことによって、高い酸素原子
エネルギ処理工程を実行することができるが、酸素原子
は、クロム−ポリイミド相互作用をもたらすのに十分な
エネルギでなければならない。
【0031】表2は、ロールシステムにおいて、金属−
ポリイミド間の接着へウェブ速度が及ぼす影響を示して
いる。
ポリイミド間の接着へウェブ速度が及ぼす影響を示して
いる。
【0032】
【表2】
【0033】表2からわかるように、マイクロ波発生プ
ラズマでは、処理時間を長くすること(ウェブ速度を遅
くすること)は、期待に反して、接着力に有害な影響を
与える。下流側プラズマ・プロセスはポリイミド表面で
のカルボニル形成を引き起こす酸素原子を形成すること
が知られており、また先行技術は、接着性の改良はポリ
イミド表面のカルボニル濃度に正比例することを理論化
した。表2の結果は、正比例がある点をあまり越えてい
ないことを示している。更に、図1と図2のESCA曲
線は、同様の結果を示している。言い換えると、下流側
マイクロ波プラズマプロセスから得られるESCAスペ
クトル(図1)と、典型的な酸素プラズマのESCAス
ペクトル(図2)との間に差異は見られない。
ラズマでは、処理時間を長くすること(ウェブ速度を遅
くすること)は、期待に反して、接着力に有害な影響を
与える。下流側プラズマ・プロセスはポリイミド表面で
のカルボニル形成を引き起こす酸素原子を形成すること
が知られており、また先行技術は、接着性の改良はポリ
イミド表面のカルボニル濃度に正比例することを理論化
した。表2の結果は、正比例がある点をあまり越えてい
ないことを示している。更に、図1と図2のESCA曲
線は、同様の結果を示している。言い換えると、下流側
マイクロ波プラズマプロセスから得られるESCAスペ
クトル(図1)と、典型的な酸素プラズマのESCAス
ペクトル(図2)との間に差異は見られない。
【0034】表3は、ロール・プロセスにおいて、0.
3ミル(約8μm)厚銅ラインのポリイミドへの接着
へ、ウェブ速度が及ぼす影響を示している。
3ミル(約8μm)厚銅ラインのポリイミドへの接着
へ、ウェブ速度が及ぼす影響を示している。
【0035】
【表3】
【0036】表3は、Dupont H 712 Kapton を表2の下
流側マイクロ波プラズマではなく酸素DCグローで処理
したときの、種々のウェブ速度(即ち露出時間)におけ
る接着値(g/mm)を示す。表2と同様に、温度は25
0℃、金属ラインは0.3ミル(約8μm)厚とした。
表3は、接着力が、特定の酸素処理時間(即ち100f
t(約30メートル)/hr又はその付近)で最大値ま
で増大し、その後減少することを示している。この結果
は、接着力を最大とするためには処理時間を更に増大す
ると当業者を導く先行技術の教示に反するものであり、
本発明の高エネルギーで特定の制御された露出時間を支
持するものである。
流側マイクロ波プラズマではなく酸素DCグローで処理
したときの、種々のウェブ速度(即ち露出時間)におけ
る接着値(g/mm)を示す。表2と同様に、温度は25
0℃、金属ラインは0.3ミル(約8μm)厚とした。
表3は、接着力が、特定の酸素処理時間(即ち100f
t(約30メートル)/hr又はその付近)で最大値ま
で増大し、その後減少することを示している。この結果
は、接着力を最大とするためには処理時間を更に増大す
ると当業者を導く先行技術の教示に反するものであり、
本発明の高エネルギーで特定の制御された露出時間を支
持するものである。
【0037】表4は、ロールシステムにおいて、100
ft/hrでプラズマ処理された Dupont 712 ポリイミ
ドと0.3ミル(約8μm)厚銅ラインとの接着へウェ
ブ速度が及ぼす影響を、2倍の速度でプラズマ処理され
た Dupont 713 ポリイミドの場合と比較して示す。
ft/hrでプラズマ処理された Dupont 712 ポリイミ
ドと0.3ミル(約8μm)厚銅ラインとの接着へウェ
ブ速度が及ぼす影響を、2倍の速度でプラズマ処理され
た Dupont 713 ポリイミドの場合と比較して示す。
【0038】
【表4】
【0039】表4は、 Dupont 712 ポリイミドでは10
0ft/hr、 Dupont 713 ポリイミドでは200ft
/hrのウェブ速度において、接着値をg/mmで示して
いる。何方の場合も温度は250℃、金属ラインの厚さ
は0.3ミル(約8μm)である。表3との比較によっ
て、 Dupont 712 H ポリイミドは100 ft / hrで再現
性があること、及び Dupont 712 ポリイミドは、同一の
酸素DCグロー露出では、 Dupont 713 ポリイミドより
も優れた接着力を示すことがわかる。
0ft/hr、 Dupont 713 ポリイミドでは200ft
/hrのウェブ速度において、接着値をg/mmで示して
いる。何方の場合も温度は250℃、金属ラインの厚さ
は0.3ミル(約8μm)である。表3との比較によっ
て、 Dupont 712 H ポリイミドは100 ft / hrで再現
性があること、及び Dupont 712 ポリイミドは、同一の
酸素DCグロー露出では、 Dupont 713 ポリイミドより
も優れた接着力を示すことがわかる。
【0040】上記の全ての例において、ガス抜き及びプ
ラズマ工程が一旦完了されると、Cr及びCuは原位置
でスパッタされなければならない。プラズマ工程とCr
蒸着工程との間で真空を解除することは、金属とポリイ
ミドとの間の接着を低下させることになる。Cr蒸着工
程とCu蒸着工程との間で真空を解除することは、Cr
とCuとの層間剥離を引き起こす。本発明で使用される
真空システムには、ヒータ・セクション、プラズマ・セ
クション、及び金属蒸着セクションが含まれていなけれ
ばならない。
ラズマ工程が一旦完了されると、Cr及びCuは原位置
でスパッタされなければならない。プラズマ工程とCr
蒸着工程との間で真空を解除することは、金属とポリイ
ミドとの間の接着を低下させることになる。Cr蒸着工
程とCu蒸着工程との間で真空を解除することは、Cr
とCuとの層間剥離を引き起こす。本発明で使用される
真空システムには、ヒータ・セクション、プラズマ・セ
クション、及び金属蒸着セクションが含まれていなけれ
ばならない。
【0041】接着力の改良を得る本発明のプロセスのた
めには、ポリイミドは、ロール形状である必要はない。
同様に、本発明のプロセスは、ポリイミド以外の有機材
料、またCr−Cu−Cu以外の金属層へも適用可能で
ある。
めには、ポリイミドは、ロール形状である必要はない。
同様に、本発明のプロセスは、ポリイミド以外の有機材
料、またCr−Cu−Cu以外の金属層へも適用可能で
ある。
【0042】
【発明の効果】上記に説明したように、本発明によっ
て、金属又は合金と有機材料との間の界面接着を制御す
ることが可能となった。
て、金属又は合金と有機材料との間の界面接着を制御す
ることが可能となった。
【図1】下流側酸素マイクロ波プラズマ・プロセスから
得られるESCAの炭素−1スペクトル(C1S)を示
す。
得られるESCAの炭素−1スペクトル(C1S)を示
す。
【図2】典型的な酸素プロセスから得られるESCAの
C1Sを示す。
C1Sを示す。
【図3】クロム−銅フラッシュが次の付加的電気メッキ
のために連続メタライゼーションを供給する、本発明
の、いわゆるスパッタ・シード・プロセスのフローチャ
ートである。
のために連続メタライゼーションを供給する、本発明
の、いわゆるスパッタ・シード・プロセスのフローチャ
ートである。
【図4】本発明のスパッタ・ロール・メタライザの略図
である。
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペイ チエー チエン アメリカ合衆国13760、ニユーヨーク州エ ンデイコツト、スカイラー ストリート 1056 (72)発明者 フランク ダニエル エジツト アメリカ合衆国13905、ニユーヨーク州ビ ンガムトン、カーラダ ドライヴ 27 (72)発明者 アラン ロバート ノル アメリカ合衆国13760、ニユーヨーク州エ ンデイコツト、スミスフイールド ドライ ヴ 106 (72)発明者 ジヨージ ジヨセフ マタレセ アメリカ合衆国18454、ペンシルバニア州 ポインテレ、レイク ロレイン (番地な し) (72)発明者 ルイス ジーザス マテイエンゾ アメリカ合衆国13827、ニユーヨーク州オ ウゴ、カフアーテイー ヒル ロード (番地なし)
Claims (10)
- 【請求項1】 水分に対する親和性のある有機材料への
金属の接着を改良する方法であって、 真空システム内に有機材料を配置する工程と、 有機材料の水分含有量をゼロ近傍値へ低減するために真
空システムをガス抜きする工程と、 有機材料をプラズマで衝撃する工程と、 有機材料の上へ少なくとも1つの金属層を真空メタライ
ズする工程と、 を含むと共に、上記各工程を通じて真空が保持される有
機材料−金属間の接着の改良方法。 - 【請求項2】 前記有機材料はポリイミドを含む請求項
1記載の有機材料−金属間の接着の改良方法。 - 【請求項3】 前記プラズマは高エネルギ酸素原子を含
む請求項1記載の有機材料−金属間の接着の改良方法。 - 【請求項4】 有機材料を配置する前記工程は、有機材
料をスパッタ・ロール真空システム内へ搬送することを
含む請求項1記載の有機材料−金属間の接着の改良方
法。 - 【請求項5】 前記真空システムは、真空ロール・スパ
ッタ・システムを含む請求項1記載の有機材料−金属間
の接着の改良方法。 - 【請求項6】 約61g/mm乃至約68g/mmの90度
剥離強度を有するメタライズされたポリイミドフィル
ム。 - 【請求項7】 前記各工程に続いて、メタライズされた
有機フィルムを真空システムから取り出す工程と、追加
の金属を所定厚さへ付加的にメッキする工程と、を更に
含む請求項1記載の有機材料−金属間の接着の改良方
法。 - 【請求項8】 真空蒸着される金属は、クロム、銅、並
びにその合金及び層から成るグループから選択される請
求項1記載の有機材料−金属間の接着の改良方法。 - 【請求項9】 請求項1記載の方法によって組み立てら
れる、銅回路化ラインの下にクロム層と接着されたポリ
イミド誘電材料を含む可撓性電子パッケージ。 - 【請求項10】 酸素DCグロー・チャンバが冷却ドラ
ム・セクションから離れたインラインに配置されるロー
ル・スパッタ・システム。
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