DE602004001790T2

DE602004001790T2 - Kupferfolie für Chip-on-Film-Verwendung

Info

Publication number: DE602004001790T2
Application number: DE200460001790
Authority: DE
Inventors: Yasuhisa Yoshihara; Hisao Kimijima
Original assignee: Furukawa Circuit Foil Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP4115293B2; US20040161627A1; KR20040074940A; KR101090197B1; CN1523951A; US6939622B2; TW200427576A; TWI286512B; JP2004244710A; DE602004001790D1; EP1448035B1; CN100359994C; EP1448035A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kupferfolie, die für eine Chip-On-Film-(COF) Montage in fein strukturierten Leiterplatten besonders geeignet ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Einhergehend mit der Größenverkleinerung und Gewichtsabnahme elektronischer Geräte sind derzeitige elektronische Vorrichtungen auf fortgeschrittenem Niveau integriert. Demnach war es auch erforderlich, die Dichte von Schaltkreisstrukturen in den Leiterplatten zu erhöhen. Schaltkreisstrukturen werden nun mit dünnen Leitungsbreiten und Verbindungsabständen ausgebildet. Besondere Fortschritte wurden hinsichtlich der Erhöhung der Dichte von IC-Montageplatinen zum Ansteuern von Flüssigkristallanzeigen und von PCs, Mobiltelefonen und PDAs erzielt. Die ICs werden unmittelbar auf die Platinenschicht montiert, was als „Chip-On-Film"-(COF) Montieren bezeichnet wird.
Bei der COF-Montage wird durch die Schicht, die mit den Verbindungsstrukturen der Kupferfolie ausgebildet ist, hindurchtretendes Licht zur Detektion der IC-Positionen verwendet. Jedoch ist die Sichtbarkeit herkömmlicher Elektroden-abgeschiedener Kupferfolien, die für Leiterplatten verwendet werden (Fähigkeit der Detektion von IC-Positionen über Licht), äußerst dürftig. Dies liegt an der großen Oberflächenrauigkeit der Kupferfolie. Die das Licht hindurchlassenden Teile der Schicht stellen diejenigen Teile dar, in denen die von den Kupferschaltkreisteilen verschiedene, nicht benötigte Kupferfolie weggeätzt wurde. Die abgelösten Strukturen der Oberfläche der Kupferfolie werden auf die Schichtoberfläche beim Bonden der Kupferfolie auf die Schicht übertragen und verbleiben dort. Tritt Licht durch die Schicht hindurch, so wird die Menge des geradlinig hindurchtretenden Lichtes aufgrund der abgelösten Strukturen auf der Schichtoberfläche geringer und damit nimmt die Sichtbarkeit ab.
Da die Sichtbarkeit in herkömmlich Elektroden-abgeschiedenen Kupferfolien für Leiterplatten schwach ist, werden zweischichtige Materialien verwendet, die aus einer Polyimidschicht bestehen, auf die eine Kupferschicht durch Sputtern ausgebildet wird (Dünnschichtprozess), wonach ein Galvanisieren mit Kupfer erfolgt.
Jedoch ist die Haftstärke dieser gesputterten Kupferschicht auf dem Film schwach und die Ätzlösung oder Galvanisierlösung wird beim Ausbilden des Schaltkreises zwischen der Kupferfolie und dem Film erodieren, was zum so genannten „Undercut"-Phänomen führt. Da die Haftstärke zudem schwach ist, besteht die Gefahr, dass sich die Kupferschicht während der Verwendung des Produkts ablöst.
Andererseits wurde als Verfahren zum Behandeln der Kupferfolie für eine Leiterplatte das Verfahren des Aufrauens der Oberfläche der Kupferfolie durch Galvanisieren derselben mit einer Kupfer-Kobalt-Nickel-Legierung aus Kupfer und geringen Mengen von Kobalt und Nickel vorgeschlagen (z. B. JP 2-292894). Die durch dieses Aufrauen erzielbare Kupferfolie ist hinsichtlich der Ätzbarkeit, Alkali-Ätzbarkeit und der Widerstandsfähigkeit gegenüber Salzsäure herausragend, jedoch wurden verschiedene Schwachpunkte festgestellt, wie etwa eine Abnahme der hitzebeständigen Ablösestärke bei Einsatz eines Acryl-basierten Klebstoffs, eine unzureichende Oxidationswiderstandsfähigkeit und eine nicht schwarz werdende, sondern braun bis holzkohlebraun werdende Farbe (z. B. JP 9-87889). Bisher wurden keine praktischen Anwendungen erzielt.
Somit wurde die Forschung im Hinblick auf eine Verbesserung der Kupferfolie weitergetrieben. Verfahren zum Ausbilden von Dreischichtstrukturen wurden vorgeschlagen, die ein Galvanisieren der Oberfläche einer Kupferfolie mit einer Legierung aus Kupfer erfordern, wobei eine Menge von Kobalt ungefähr 1/10 derjenigen des Kupfers und eine Menge von Nickel ungefähr 1/40 derjenigen von Kupfer entspricht, gefolgt von einem Ausbilden einer galvanischen Kobalt-Nickel-Legierungsschicht darüber, gefolgt vom Ausbilden einer galvanischen Zinkschicht (z. B. JP 9-87888) oder Ausbilden einer galvanischen Zink-Nickel-Schicht (z. B. JP 9-87889). Ebenso wurden Verfahren zum Ausbilden von Dreischichtstrukturen beschrieben, die ein Aufrauen der Oberfläche einer Kupferfolie durch Galvanisieren einer Kupfer-Legierung erfordern, wobei eine Menge von Kobalt ungefähr 1/10 derjenigen von Kupfer und eine Menge von Nickel ungefähr 1/40 derjenigen von Kupfer entspricht, gefolgt von einem Ausbilden einer galvanischen Kobaltschicht, wonach zudem eine galvanische Zinkschicht (z. B. JP 8-335775) oder eine galvanische Zink-Nickel-Schicht (z. B. JP 8-335776) ausgebildet werden. Diese Verfahren wurden insbesondere als Verfahren zum Behandeln einer Kupferfolie vorgeschlagen, um die Abnahme der Haftstärke zwischen einer Kupferfolie und einem Harzsubstrat zu reduzieren, die aufgrund der erheblich höheren Temperatur bei der Behandlung im Fertigungsprozess von Leiterplatten zusammen mit der geringeren Größe und höheren Integration von Halbleitervorrichtungen und der während der Verwendung der Geräte erzeugten Hitze auftritt, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ablösen bei Erhitzung weiter verbessert wird.
Falls jedoch obige verbesserte Kupferfolie mit Dreischichtstruktur bei der COF-Montage verwendet wird, treten die folgenden Probleme auf.
Die obige Kupferfolie wird zum Herstellen einer Leiterplatte verwendet, welche die Anforderungen an dünnere Strukturen und auf die Leiterplatte montierter ICs erfüllt, wobei jedoch eine Montage der ICs auf der Leiterplatte eine Platzierung von Lotkugeln auf den Schaltkreisen der Kupferfolie auf der Leiterplatte erfordert. Um Lotkugeln auf der Kupferfolie zu platzieren, wird die Haftfähigkeit mit Lot durch Galvanisieren der Kupferfolie mit Zinn erhöht. Die Zinn-Galvanisierungslösung in diesem Zinn-Galvano-Prozess löst die auf der Oberfläche der Kupferfolie vorliegenden Partikel auf und führt zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Ablösefestigkeit zwischen der Kupferfolie und der Leiterplatte.
Eine weitere Kupferfolie für Leiterplatten ist aus EP-A-0 396 056 bekannt.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung stellt die Angabe einer Kupferfolie dar, die einen hohen Ätzfaktor aufweist, eine Ausbildung feiner Strukturen ermöglicht, die sich hinsichtlich der Linearität unterer Leitungen von Leiterplatten auszeichnet und keine Partikel der die Schaltkreisstrukturen im Harz ausbildenden Kupferfolie hinterlässt, keinen Abfall der Haftfestigkeit zwischen der Kupferfolie und dem Harzsubstrat während der Ausbildung von Lotkugeln aufweist, eine ausgezeichnete Sichtbarkeit zeigt und die sich zudem ausgezeichnet bei der Montage von ICs auf feinen Strukturen verhält.
Zur Lösung obiger Aufgabe wird eine Kupferfolie angegeben, die eine Kupferfolie enthält, auf welche auf wenigstens einer Oberfläche eine Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit vorgesehen ist, wobei die Legierungspartikel eine Kupfer-Kobalt-Nickel Legierung ausbilden, deren Gehalt an Kobalt und Nickel jeweils gleich groß oder größer ist als deren Gehalt an Kupfer.
Die Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit, die auf der Oberfläche der Kupferfolie vorgesehen ist, kann eine Stainproof-Behandlung aufweisen.
Zudem kann die Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit, die auf der Oberfläche der Kupferfolie vorgesehen ist, eine Silanhaftvermittler-Behandlung aufweisen.
Durch Behandeln der Oberfläche der Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit, die auf der Oberfläche der Kupferfolie vorgesehen ist, mit einer Stainproof-Behandlung oder einer Silanhaftvermittler-Behandlung wird es möglich, eine Oxidation und Verfärbung der Kupferfolie zu verhindern.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen einer Chip-On-Film-(COF) Kupferfolie (nachfolgend als „COF-Folie" bezeichnet) gemäß der Erfindung werden unten detailliert beschrieben.
Die COF-Folie dieser Ausführungsform besteht aus einer Kupferfolie, die auf wenigstens einer Oberfläche eine Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit aufweist, wobei die Legierungspartikel eine Kupfer-Kobalt-Legierung ausbilden, deren Gehalt an Kobalt und Nickel gleich groß oder größer ist als deren Gehalt an Kupfer.
Die Zusammensetzung der galvanisierten Legierung der Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit gemäß der Erfindung hebt das Konzept der herkömmlichen Zusammensetzung der galvanisierten Legierung mit geringen Mengen eines Zusatzes von sowohl Kobalt und Nickel in Bezug auf das Kupfer auf und die damit einhergehende Konsequenz einer nicht immer zufrieden stellenden COF-Folie. Die Erfinder haben verschiedene Experimente durchgeführt, ohne jegliche Begrenzungen der Mengen von Kobalt und Nickel in Bezug auf das Kupfer. Hierbei haben die Erfinder festgestellt, dass durch Erhöhen der Mengen des Zusatzes von sowohl Kobalt und Nickel im Hinblick auf die herkömmlich vorstellbaren Mengen bezüglich Kupfer eine als COF-Folie geeignete Kupferfolie erzielt werden kann. Die Erfinder haben weitere Experimente und Forschungen durchgeführt und dadurch eine Kupferfolie erzielt mit einem hohen Ätzfaktor, der Möglichkeit der Ausbildung feiner Strukturen, einer ausgezeichneten Linearität von unteren Leitungen der Schaltkreisstrukturen ohne Zurücklassen von Partikeln einer die Schaltkreisstrukturen im Harz ausbildenden Kupferfolie und einer ausgezeichneten Sichtbarkeit, indem wenigstens die mit einem Harzsubstrat zu verbindende Seite der Kupferfolie mit einer Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit versehen wird, die aus einer Kupfer-Kobalt-Nickel-Legierung besteht und deren Gehalt an Kobalt und Nickel jeweils gleich groß oder größer ist als deren Gehalt an Kupfer ist und wobei insbesondere zu diesem Zeitpunkt die Zusammensetzung der abge schiedenen Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit pro dm² Kupferfolie 5 bis 12 mg/dm² Kupfer, 6 bis 13 mg/dm² Kobalt und 5 bis 12 mg/dm² Nickel gewählt wurde.
Zudem wird die Kupferfolie, auf deren Oberfläche die Partikel mit ausgezeichneter Rauigkeit abgeschieden wurden, auf ein Polyimid-Harzsubstrat gebondet und zur Ausbildung von Schaltkreisen geätzt, und das resultierende COF (Substrat) wird über ICs platziert, während diese sichtbar bleiben können und die Kupferfolie wird beim Verbinden der Kupferfolienschaltkreise und ICs mit Zinn galvanisiert. Ist die Temperatur der Zinn-Galvanisierlösung in diesem Zinn-Galvanoprozess außergewöhnlich hoch, erodiert die Galvanisierlösung zwischen der Kupferfolie und dem Harzsubstrat, so dass das Undercut-Phänomen auftritt. In derartigen Anwendungen ist die Zusammensetzung aus Legierungspartikeln feiner Rauigkeit so gebildet, dass Undercut nicht auftritt.
Die Erfinder haben diesen Gesichtspunkt ebenso untersucht und Legierungszusammensetzungen von Partikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit studiert, bei denen das Undercut-Phänomen nicht auftritt und über diese Untersuchungen herausgefunden, dass das Undercut-Phänomen durch Einstellen der Menge von Kobalt auf 1.2 bis 2.2 mg/dm² pro mg/dm² vorhandenes Kupfer und der Menge von Nickel auf 1.0 bis 2.0 mg/dm² unterdrückt werden kann und dass das Undercut-Phänomen durch Einstellen der Menge von Kobalt auf 1.5 bis 1.9 mg/dm² pro mg/dm² vorhandenes Kupfer und der Menge an Nickel auf 1.3 bis 1.7 mg/dm² zuverlässig vermieden werden kann, so dass keine Abnahme der Haftfestigkeit zwischen der Kupferfolie und dem Harzsubstrat aufgrund der Prozessierung zur Ausbildung von Lotkugeln verursacht wird.
Insbesondere sollte die Abscheidemenge der Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit auf die Kupferfolienoberfläche im Bereich von 5 bis 12 mg/dm² Kupfer, 6 bis 13 mg/dm² Kobalt und 5 bis 12 mg/dm² Nickel betragen. Der Grund für die Einstellung dieses Bereichs basiert hauptsächlich auf den Ergebnissen des folgenden Experiments:
1. Abscheidemenge von Kupfer
Unterhalb von 5 mg/dm² wird die Löslichkeit in der Ätzlösung schwach und Ätzreste bilden sich aus, während oberhalb von 12 mg/dm² der Wärmewiderstand schlecht wird.
2. Abscheidemenge von Kobalt
Unterhalb von 6 mg/dm² wird die Löslichkeit in der Ätzlösung schwach und Ätzreste bilden sich aus, wobei oberhalb von 13 mg/dm² das Undercut-Phänomen nicht zuverlässig verhindert werden kann.
3. Abscheidemenge von Nickel
Unterhalb von 5 mg/dm² lässt sich das Undercut-Phänomen nicht zuverlässig verhindern, während oberhalb von 12 mg/dm² die Löslichkeit in der Ätzlösung schlecht wird und sich Ätzrückstände ausbilden.
Beispiele 1 bis 3
Als Kupferfolie wurde eine Elektroden-abgeschiedene Kupferfolie (B-WS-Folie, hergestellt von Furukawa Circuit Foil) verwendet. Diese wurde auf ihrer Oberfläche mit einer Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit durch Galvanisieren mit einer Kupfer-Kobalt-Nickel-Legierung versehen. Die Zusammensetzung der Galvanisierlösung und die Bedingungen des Galvanisierens waren wie folgt:

Cu: 2 g/Liter

Co: 8 g/Liter

Ni: 8 g/Liter

Ammoniumsulfat: 40 g/Liter

Borsäure: 20 g/Liter

pH: 3.5

Temperatur: 40 °C

Stromdichte: 15 A/dm²
Die Erfinder haben die Galvanisierdauer bei obigen Bedingungen zur Erzielung verschiedener Legierungszusammensetzungen auf den Oberflächen der COF-Kupferfolie geändert. Die hieraus erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. In Tabelle 1 ist der Gehalt an Kupfer, Kobalt und Nickel jeweils in Einheiten von mg/dm² gezeigt. Die Verhältnisse in Bezug auf das Kupfer als 1 sind in Klammern gezeigt.
Tabelle 1
Beispiel 4
Als Kupferfolie wurde eine gerollte Kupferfolie (von Nippon Foil Manufacturing Co., Ltd. hergestellt) verwendet. Diese wurde auf ihrer Oberfläche mit einer Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit durch Galvanisieren einer Kupfer-Kobalt-Nickel-Legierung ausge bildet. Die Zusammensetzung der Galvanisierlösung und die Bedingungen beim Galvanisieren waren wie folgt:

Cu: 2 g/Liter

Co: 8 g/Liter

Ni: 8 g/Liter

Ammoniumsulfat: 40 g/Liter

Borsäure: 20 g/Liter

pH: 3.5

Temperatur: 40 °C

Stromdichte: 15 A/dm²
Die Zusammensetzung der Legierung auf der Oberfläche der unter obigen Bedingungen hergestellten COF-Kupferfolie ist in Tabelle 2 gezeigt. Die Erfinder konnten eine Kupferfolie mit einer glatten Oberfläche mit Rz: 0.50 und Ra: 0.06 erzielen. In Tabelle 2 ist der Gehalt an Kupfer, Kobalt und Nickel jeweils in Einheiten von mg/dm² dargestellt. Die Verhältnisse zum Kupfer als 1 sind in Klammern gezeigt.
Tabelle 2
Die Erfinder haben einen Polyimidfilm eines Filmherstellers A bei hoher Temperatur und hohem Druck auf die Oberfläche der Kupferfolie gebondet, welche zur Abscheidung von Partikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit in den Beispielen 1 bis 4 behandelt wurde, worauf diese eine ausgezeichnete Haftfähigkeit, d. h. Bondfähigkeit, herausgefunden haben. Nun haben die Erfinder einen Trockenätzlackfilm auf die Oberfläche der Kupferfolie gebondet und eine Ätzung zur Bereitstellung eines Harzsubstrats für COF durchgeführt. Beim Herstellen dieses Harzsubstrats für COF wurden die Schaltkreise nicht gewellt, deren Linearität war außerordentlich gut und es konnte ein Harzsubstrat für COF mit ausgezeichneten dünnen Strukturen fertiggestellt werden. Dieses Harzsubstrat konnte auf einem Substrat mit einem darauf angeordneten IC mit Blick auf die ICs positioniert werden, wobei die Position der ICs auf einfache Weise von oberhalb des Films bestätigt werden konnte und die ICs und Schaltkreise des Harzsubstrats präzise verbunden werden konnten.
Nachfolgend haben die Erfinder einen Polyimidfilm eines Filmherstellers B bei hoher Temperatur und hohem Druck auf die Oberfläche der zur Abscheidung von Partikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit behandelten Kupferfolie der Beispiele 1 bis 4 gebondet, worauf diese eine ausgezeichnete Haftfähigkeit festgestellt haben. Dann haben diese einen Trockenätzlackfilm auf die Oberfläche der Kupferfolie gebondet und eine Ätzung zur Bereitstellung eines Harzsubstrats für COF durchgeführt. Beim Herstellen dieses Harzsubstrats für COF wurden die Schaltkreise nicht gewellt, deren Linearität war außerordentlich gut und es konnte ein Harzsubstrat für COF mit ausgezeichneten dünnen Strukturen fertiggestellt werden. Dieses Harzsubstrat konnte auf einem Substrat mit einem darauf angeordneten IC mit Blick auf die ICs positioniert werden, wobei die Position der ICs auf einfache Weise von oberhalb des Films bestätigt werden konnte und die ICs und Schaltkreise des Harzsubstrats präzise verbunden werden konnten.
Das Polyimidharz zum Bonden mit der Kupferfolie unterscheidet sich etwas in der Farbe oder Haftfestigkeit zur Kupferfolie oder weiterer vom Hersteller abhängigen Leistungsmerkmalen, wobei jedoch die Kupferfolien der Beispiele 1 bis 4 beim Bonden mit Polyimidfilmen aller Hersteller zufrieden stellende Ergebnisse lieferten, wonach diese zur Bereitstellung der Schaltkreise geätzt wurden und dann im Hinblick auf die Sichtbarkeit zur Bestätigung der IC-Position, Haftstärke, usw. gemessen wurden.
Mit dem Behandeln der Oberfläche der Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauigkeit im Hinblick auf eine Chrom-Rostverhinderung und eine Silanhaftvermittlung der in den Beispielen 1 und 2 erzielten Kupferfolie und Messen der Sichtbarkeit und Haftfestigkeit usw. konnte bestätigt werden, dass die Eigenschaften zufrieden stellend waren.
Fasst man die Auswirkungen der wie oben erläuterten Erfindung zusammen, so ermöglicht diese eine Kupferfolie mit einem hohen Ätzfaktor, eine Ausbildung feiner Strukturen mit ausgezeichneter Linearität unterer Leitungen der Schaltkreisstrukturen ohne Zurücklassen von Partikeln der die Schaltkreisstrukturen im Harz ausbildenden Kupferfolie, Vermeiden einer Abnahme der Haftfestigkeit zwischen der Kupferfolie und dem Harzsubstrat bei der Ausbildung von Lotkugeln, eine ausgezeichnete Sichtbarkeit und eine ausgezeichnete Montage von ICs auf dünnen Strukturen.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf der Veranschaulichung dienenden spezifischen Ausführungsformen erläutert wurde, ist zu berücksichtigen, dass ein Fachmann vielerlei Modifikationen durchführen kann, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.

Claims

Kupferfolie für Chip-on-Film-Verwendung mit einer Kupferfolie, die auf wenigstens einer Oberfläche eine Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauhigkeit aufweist, wobei die Legierungspartikel eine Kupfer-Kobalt-Nickel Legierung ausbilden, deren Gehalt an Kobalt und Nickel jeweils gleich groß oder größer ist als deren Gehalt an Kupfer.
Kupferfolie für Chip-on-Film-Verwendung nach Anspruch 1, wobei die auf der Kupferfolie vorgesehene Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauhigkeit eine Stainproof-Behandlung aufweist.
Kupferfolie für Chip-on-Film-Verwendung nach Anspruch 1, wobei die auf der Kupferfolie vorgesehene Schicht aus Legierungspartikeln mit ausgezeichneter Rauhigkeit eine Silanhaftvermittler-Behandlung aufweist.