JP3565750B2

JP3565750B2 - フレキシブル配線板、電気装置、及びフレキシブル配線板の製造方法。

Info

Publication number: JP3565750B2
Application number: JP29316899A
Authority: JP
Inventors: 豊金田; 啓一内藤; 敏浩篠原
Original assignee: Sony Chemicals Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: JP2001119132A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフレキシブル基板の技術分野にかかり、特に、均一な高さの複数の導電性バンプを有するフレキシブル基板製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、半導体装置の小型化が増々求められており、チップ状態の半導体装置を搭載できるフレキシブル基板が重要視されている。
【０００３】
図５（ａ）〜（ｆ）は、従来技術のフレキシブル基板の製造工程図を示している。その製造方法を、製造工程図に沿って順次説明すると、先ず、パターニングされていない金属配線膜１１１表面にカバーフィルム１１２を貼り付け（図５（ａ））、次に感光性レジストを用い、フォトリソグラフ工程とエッチング工程によって裏面に露出した金属配線膜１１１をパターニングする（同図（ｂ））。同図符号１１４はパターニングされた金属配線膜を示している。
【０００４】
次に、裏面に露出した金属配線膜１１４に、パターニングした支持フィルム１１７を形成する（同図（ｃ））。
【０００５】
次に、カバーフィルム１１２の表面にレーザ光１２０を照射し、所定径の開口部１２１を形成する（同図（ｄ））。この状態では開口部１２１底面に金属配線膜１１４表面が露出している。
【０００６】
その状態で銅メッキ液に浸漬し、開口部１２１底面に露出した金属配線膜１１４表面に銅を析出させる（電解メッキ法）。この銅の析出により、先ず、開口部１２１内に導体部１２６が形成され、次いで、その導体部１２８上に銅が成長し、接続部１２７が形成される。
【０００７】
開口部１２１は導体部１２６によって充填されており、接続部１２７は、導体部１２６上で等方的に成長する結果、接続部１２７の径は開口部１２１の径よりも大径になる。この導体部１２６と接続部１２７で茸状の金属バンプ１２５が形成される（同図（ｅ））。同図符号１１０はこの金属バンプ１２５を有するフレキシブル配線板を示している。
【０００８】
図５（ｆ）の符号１７０は、電気部品を示している。この電気部品１７０は、チップ状態の素子本体１７７と、該素子本体１７７上に形成された複数のボンディングパッド１７１（図面上では１個示されている）とを有している。各ボンディングパッド１７１は、図示しない配線膜によって素子本体１７７内の電気回路と接続されており、また、超音波接続法によって、上記フレキシブル配線板１１０の金属バンプ１２５にそれぞれ接続されている。
【０００９】
上記のように金属バンプ１２５を用いてフレキシブル配線板１１０上に電気部品１７０を搭載すれば、ワイヤーボンディングが不要であり、そのためのフレキシブル配線板１１０上の無効領域が不要となり、その結果、高密度の実装を行うことができる。
【００１０】
ところで、上記のような電気部品１７０には、多数のボンディングパッド１７１が設けられており、そのため、フレキシブル配線板１１０上にもボンディングパッド１７１の数に応じた個数の金属バンプ１２５が必要となる。
【００１１】
しかし、上記のように電解メッキ法によって金属バンプ１２５を形成する場合、銅の成長速度のばらつきにより、金属バンプ１２５の高さが不均一になってしまう。
【００１２】
特に、導体部１２６と接続部１２７とを連続して成長させる場合には、導体部１２６の高さのバラツキと接続部１２７の高さのバラツキの合計が金属バンプ１２５全体のバラツキになってしまう。
【００１３】
特に、電気部品１７７は可撓性を有さないため、金属バンプ１２５の高さのバラツキが大きい場合、高さが高い金属バンプ１２５はボンディングパッド１７１に接続されても、高さが低い金属バンプ１２５はボンディングパッドに接続できず、その結果、接続不良が生じるという問題がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、高さが均一な金属バンプを有するフレキシブル配線板を提供することにある。
【００１５】
【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、請求項１記載の発明は、樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの片面に位置する金属配線と、底面が前記金属配線に接続され、先端が前記樹脂フィルムの反対側の面から突き出された金属バンプとを有するフレキシブル配線板であって、前記金属バンプは、底面が前記金属配線に接続され、前記樹脂フィルムの孔内に位置する導体部と、前記導体部の先端に設けられ、前記樹脂フィルム表面から突出された接続部とを有し、前記接続部は、前記導体部の先端部分が研磨された後、形成され、前記樹脂フィルムは、前記金属配線側が熱硬化性樹脂の層であり、前記接続部間に露出する側が熱可塑性樹脂の層であるフレキシブル配線板である。
請求項２記載の発明は、樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの片面に位置し、パターニングされていない金属配線膜と、底面が前記金属配線膜に接続された金属バンプとを有するフレキシブル配線板であって、前記金属バンプは底面が前記金属配線膜に接続され、前記樹脂フィルムの孔内に位置する導体部を有し、前記導体部は先端部分が研磨されたフレキシブル配線板である。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のフレキシブル配線板であって、前記金属バンプは、前記導体部の先端に設けられた接続部を有し、前記接続部は前記導体部の先端部分が研磨された後、形成されたフレキシブル配線板である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のフレキシブル配線板であって、前記樹脂フィルムの孔は複数個形成され、前記各孔内には前記導体部がそれぞれ配置されたフレキシブル配線板である。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のフレキシブル配線板であって、前記導体部と前記接続部とは、メッキ法によって形成されたフレキシブル配線板である。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のフレキシブル配線板と、前記接続部にボンディングパッドが接続された電気部品とを有する電気装置である。
請求項７記載の発明は、樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの片面に位置する金属配線と、底面が前記金属配線に接続され、先端が前記樹脂フィルムの反対側の面から突き出された金属バンプとを有するフレキシブル配線板の製造方法であって、パターニング前の金属配線膜上に最初の金属バンプを複数個形成し、前記最初の金属バンプ上から前記樹脂フィルムの原料を塗布し、前記樹脂フィルムを形成した後、前記樹脂フィルムの前記最初の金属バンプ上の部分と、前記各最初の金属バンプの先端部分とを研磨除去し、前記各最初の金属バンプの前記樹脂フィルムの孔内に残存する部分で導体部を構成させ、電解液に浸漬した状態で前記導体部に電流を流し、前記樹脂フィルム表面に露出する前記各導体部表面に、前記樹脂フィルム上から突き出された金属から成る接続部を電解メッキ法によって形成し、前記導体部と前記接続部とで新たな金属バンプを形成した後、前記金属配線膜をパターニングし、前記金属配線を形成することを特徴とするフレキシブル配線板の製造方法である。
請求項８記載の発明は、請求項７記載のフレキシブル配線板の製造方法であって、前記金属配線膜上に複数の開口部を有するマスクフィルムを配置し、電解液に浸漬した状態で電流を流し、電解メッキ法によって前記最初の金属バンプを形成した後、前記マスクフィルムを除去するフレキシブル配線板の製造方法である。
【００１６】
本発明は上記のように構成されており、少なくとも、金属配線膜に接続された導体部と、該導体部先端に設けられた接続部とで構成された金属バンプを有している。
【００１７】
導体部と接続部は、金属材料で構成されており、接続部上に半導体素子等の電気素子のボンディングパッドを当接させ、超音波を印加すると、電気素子の内部回路と金属配線膜とを、金属バンプを介して接続できるようになっている。
【００１８】
本発明のフレキシブル配線板は、金属バンプを複数個有しており、各金属バンプの導体部は、先端部分が研磨され、高さが均一にされた後、その研磨された部分に、接続部が設けられている。
【００１９】
従って、金属バンプの高さは均一であり、電気素子や他のフレキシブル配線板との接続不良が生じることはない。
【００２０】
金属配線膜上には、孔が形成された樹脂フィルムが配置されており、各金属バンプの導体部は、孔内を充填するように配置されている。各金属バンプの接続部は樹脂フィルム表面から突き出されており、その結果、本発明のフレキシブル配線板と電気素子や他のフレキシブル配線板とが短絡することなく接続される。
【００２１】
このような導体部や接続部はメッキ法によって金属を成長させて形成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明を図面を用いて説明する。
図１（ａ）〜（ｇ）、図２（ｈ）〜（ｍ）は、本発明の一例のフレキシブル配線板の製造工程図である。
【００２３】
図１（ａ）を参照し、同図符号１１は銅箔から成り、パターニングされていない金属配線膜を示している。この金属配線膜１１の片面に保護フィルム１２を貼付し、他方の面に紫外線露光可能なマスクフィルム１３を貼付する（同図（ｂ））。
【００２４】
次に、マスクフィルム１３を露光、現像し、複数の開口部１５（図面上では１個だけが示されている）を形成する（同図（ｃ））。各開口部１５底面には金属配線膜１１が露出している。
【００２５】
その状態で全体を銅メッキ用の電解液に浸漬し、電流を流すと、各開口部１５底面に露出した金属配線膜１１表面に銅が析出する（電解メッキ法）。この銅の析出により、先ず、開口部１５内に析出された銅によって導体部１４が形成され、次いで、その表面に接続部１７が形成される。接続部１７は、導体部１４表面で等方的に成長する結果、導体部１４の径（開口部１５の径）よりも大径に形成される。この導体部１４と接続部１７とで、金属バンプ１６が一旦形成される（同図（ｄ））。
【００２６】
次に、アルカリを用い、マスクフィルム１３と保護フィルム１２を除去すると、金属バンプ１６は金属配線膜１１の表面に直立した状態になる（同図（ｅ））。
【００２７】
その状態から、金属配線膜１１の金属バンプ１６が形成された面とは反対の面にキャリアフィルム１８を貼付し（同図（ｆ））、次いで、金属バンプ１６が形成されている面に、熱硬化性樹脂フィルムの原料液と、熱可塑性樹脂フィルムの原料液とを順次塗布、乾燥し、熱処理をすると、熱硬化性被膜２０と熱可塑性被膜２１とが形成される。熱可塑性被膜２１は熱硬化性被膜２０表面に形成されており、その２枚の被膜２０、２１によって二層構造の樹脂フィルム２３が構成される（同図（ｇ））。
【００２８】
符号１９は、この樹脂フィルム２３が形成された状態のフレキシブル基板を示している。樹脂フィルム２３表面の熱可塑性被膜２１は、常温では接着性を有しないが、加熱されると軟化し、接着性が発現される。
【００２９】
また、樹脂フィルム２３は、金属バンプ１６から離れた位置では平坦となっているが、金属バンプ１６上、及びその近傍では盛り上がっている。このような樹脂フィルム２３表面にブラシ２２を当接させ、水を供給しながら回転させると共に、フレキシブル基板１９を移動させると（図２（ｈ））、樹脂フィルム２３の盛り上がっている部分がブラシ２２によって研磨される。
【００３０】
図２（ｉ）は、研磨された状態を示しており、金属バンプ１６上に位置する樹脂フィルム２３及び金属バンプ１６の接続部分１７が除去された結果、樹脂フィルム２３表面には、部分的に導体部１４の上端部分が露出している。
【００３１】
また、樹脂フィルム２３は、金属バンプ１６上の部分が除去される結果、孔２４が形成される。導体部１４は、この孔２４の内部は導体部１４によって充填されている。
【００３２】
この状態のフレキシブル基板１９を、再度銅メッキ用の電解溶液に浸漬し、２回目の電解メッキを行うと、露出した導体部１４の先端部分に銅が再成長し、接続部７が形成される。符号６は、導体部１４とその表面に再形成された接続部７とで構成された新しい金属バンプを示している。接続部７は樹脂フィルム２３の先端から突き出されており、また、接続部７は樹脂フィルム２３表面で等方的に成長する結果、導体部１４の径よりも大径になっている（図２（ｊ））。
【００３３】
このように一旦形成した金属バンプ１６を研磨し、高さが揃った導体部１４を形成した後、その先端部分にメッキ法によって接続部７を形成しているので、最初に形成した金属バンプ１６の高さのばらつきは、後で形成される金属バンプ６の高さのバラツキに影響を与えない。
【００３４】
後で形成される金属バンプ６全体の高さのバラツキは、再形成された接続部７の高さのバラツキと等しくなる。
【００３５】
接続部７の生長量は僅かであり、それだけバラツキも小さいので、本発明の金属バンプ６は、一回のメッキ工程で金属バンプ全部を形成する従来技術の金属バンプ１６に比べ、高さが均一になる。
【００３６】
このように金属バンプ６を再形成した後、裏面のキャリアフィルム１８を剥離し（図２（ｋ））、剥離後の面に露出した金属配線膜１１をフォトリソグラフ工程とエッチング工程によってパターニングする（図２（ｌ））。符号２５は、パターニング後の金属配線膜を示している。
【００３７】
次いで、この金属配線膜２５の露出している表面にパターニングした支持フィルム２６を形成すると、本発明の一例のフレキシブル配線板１０が得られる（図２（ｍ））。
【００３８】
このフレキシブル配線板１０に半導体素子等の電気部品を実装する工程を図３を参照しながら説明する。
【００３９】
図３（ａ）〜（ｃ）の符号７０は電気部品を示している。この電気部品７０は、内部に電気回路が形成された半導体素子本体７０と、該半導体素子本体７１上に形成され前記回路に接続されたボンディングパッド７１とを有している。
【００４０】
先ず、フレキシブル配線板１０を、その金属バンプ６の接続部７を上に向けて台５４上に載置する。この金属バンプ６は、搭載対象の電気部品７０のボンディングパッド７１と対応する位置に配置されており、電気部品７０とフレキシブル配線板１０とを位置合わせし、互いに重ね合わせる（図３（ａ））。
【００４１】
金属バンプ６は、２回のメッキ工程によって高さが均一に形成されており、従って、重ね合わせた状態では、電気部品７０の各ボンディングパッド７１は、金属バンプ６の接続部７に当接されるか、又は非常に近接した位置まで接近する。
【００４２】
この状態で超音波発生装置の振動子４５を電気部品７０の裏面に押し当て、振動子４５から電気部品７０に超音波振動を印加すると、互いに当接されている金属バンプ６とボンディングパッド７１とが超音波によって接合される（図３（ｂ））。
【００４３】
このとき、接合された部分が少しだけ潰れると、金属バンプ６の高さのバラツキは僅かであるため、超音波印加前には接触していなかった金属パンプ６とボンディングパッド７１とが当接され、その部分にも超音波が印加される。
【００４４】
その結果、全部のボンディングパッド７１が金属バンプ６に接続される（図３（ｃ））。図３（ｃ）の符号５０は、こうして形成された本発明の一例の電気装置を示している。
【００４５】
なお、この状態から本発明のフレキシブル配線板１０と電気部品７０とを押圧しながら加熱すると、樹脂フィルム２３表面の熱可塑性被膜２１が電気部品７０表面に接触し、軟化した熱可塑性被膜２１によって、電気部品７０がフレキシブル配線板１０に接着される。
【００４６】
以上は、本発明のフレキシブル配線板１０に、半導体素子等の電気部品７０を搭載する場合について説明したが、本発明のフレキシブル配線板１０同士を接続し、多層構造のフレキシブル配線基板を作製したり、本発明のフレキシブル配線板１０と他の構成のフレキシブル配線板とを貼り合わせ、多層構造のフレキシブル配線板を製造することもできる。
【００４７】
図４（ａ）〜（ｃ）の符号３０は、本発明のフレキシブル配線板１０に対し、貼り合わせられるフレキシブル配線板を示している。
【００４８】
このフレキシブル配線板３０は、ベースフィルム３０上にパターニングされた金属配線膜３５が配置されており、その上には、カバーレイ３６が配置されている。カバーレイ３６には、開口部３８が形成されており、その底面には、金属配線膜３５の一部が露出している。
【００４９】
このフレキシブル配線板３０は、開口部３８が上方に向けられ、台５４上に載置されており、その上には、本発明のフレキシブル配線板１０が配置されている（図４（ａ））。本発明のフレキシブル配線板１０は、その金属バンプ６の接続部７が開口部３８に向けられている。
【００５０】
各開口部３８は、金属バンプ６と対応する位置に形成されており、２枚のフレキシブル配線板１０、３０を位置合わせし、互いに重ね合わせ、上側のフレキシブル配線板３０の上に、振動子５５を当接させる（図４（ｂ））。
【００５１】
金属バンプ６の接続部７の高さは、開口部３８の深さよりも大きく形成されており、フレキシブル配線板１０、３０同士が重ね合わされた状態では、接続部７と台５４上の金属配線膜３５の表面とは当接されている。
【００５２】
その状態で振動子５５によってフレキシブル配線板１０を押圧しながら超音波を印加すると、金属バンプ１６の接続部分３０が金属配線膜３５に超音波融着される。
【００５３】
次いで、押圧しながら加熱すると、樹脂フィルム２３表面の熱可塑被膜２１が軟化し、２枚のフレキシブル配線板１０、３０が一体となる。そして、冷却すると、本発明の一例の多層構造のフレキシブル配線板６０が形成される（図４（ｃ））。
【００５４】
上記の実施例では、２回のメッキ工程ともに銅を析出させていたが、他の金属を析出させることもできる。また、導体部１４上に接続部７を再形成した後、その接続部７表面に金等の被膜を形成してもよい。金被膜ではなく、銀被膜、白金被膜、ニッケル被膜、銅ニッケル被膜、半田被膜等の被膜を形成してもよい。これらの金属被膜は膜厚１μ〜２μｍ程度に形成しておくことが望ましい。
【００５５】
更に、金属被膜を形成する場合、多層フレキシブル配線板を形成する際には、接続部７に接続される金属配線膜３５表面には、接続部７表面に形成された金属被膜と同種の金属被膜を形成しておくとよい。
【００５６】
なお、上記実施例では樹脂フィルム２３を二層構造にしたが、一層構造であってもよい。また、上記実施例の熱硬化性被膜２０と熱可塑性被膜２１は、ポリイミドフィルムで構成したが、その材質はポリイミドに限定されるものではなく、アクリル系の樹脂フィルム等の種々の樹脂フィルムを用いることができる。
【００５７】
また、上記実施例では、２回目の電解メッキ工程により、新しい金属バンプ６を形成した後、金属配線膜１１のパターニングを行ったが、金属配線膜１１をパターニングした後、新しい金属バンプ６を形成してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
高さが均一な金属バンプを有するフレキシブル配線板が得られる。
特に、可撓性を有さない半導体素子等の電気部品を搭載するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｇ）：本発明の一例のフレキシブル配線板工程を説明するための図
【図２】（ｈ）〜（ｍ）：その続きの工程を説明するための図
【図３】（ａ）〜（ｃ）：本発明のフレキシブル配線板に電気素子を搭載する工程を説明するための図
【図４】（ａ）〜（ｃ）：本発明のフレキシブル配線板の多層構造のものの製造工程を説明するための図
【図５】（ａ）〜（ｆ）：従来技術のフレキシブル配線板を説明するための図
【符号の説明】
６……金属バンプ
７……接続部
１０、６０……フレキシブル配線板
１１……金属配線膜
１４……導体部
２３……樹脂フィルム
２４……孔
５０……電気装置

Claims

樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの片面に位置する金属配線と、底面が前記金属配線に接続され、先端が前記樹脂フィルムの反対側の面から突き出された金属バンプとを有するフレキシブル配線板であって、
前記金属バンプは、底面が前記金属配線に接続され、前記樹脂フィルムの孔内に位置する導体部と、
前記導体部の先端に設けられ、前記樹脂フィルム表面から突出された接続部とを有し、
前記接続部は、前記導体部の先端部分が研磨された後、形成され、
前記樹脂フィルムは、前記金属配線側が熱硬化性樹脂の層であり、前記接続部間に露出する側が熱可塑性樹脂の層であるフレキシブル配線板。
樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの片面に位置し、パターニングされていない金属配線膜と、底面が前記金属配線膜に接続された金属バンプとを有するフレキシブル配線板であって、前記金属バンプは底面が前記金属配線膜に接続され、前記樹脂フィルムの孔内に位置する導体部を有し、前記導体部は先端部分が研磨されたフレキシブル配線板。
前記金属バンプは、前記導体部の先端に設けられた接続部を有し、前記接続部は前記導体部の先端部分が研磨された後、形成された請求項２記載のフレキシブル配線板。
前記樹脂フィルムの孔は複数個形成され、前記各孔内には前記導体部がそれぞれ配置された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のフレキシブル配線板。
前記導体部と前記接続部とは、メッキ法によって形成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のフレキシブル配線板。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のフレキシブル配線板と、前記接続部にボンディングパッドが接続された電気部品とを有する電気装置。
樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの片面に位置する金属配線と、底面が前記金属配線に接続され、先端が前記樹脂フィルムの反対側の面から突き出された金属バンプとを有するフレキシブル配線板の製造方法であって、
パターニング前の金属配線膜上に最初の金属バンプを複数個形成し、
前記最初の金属バンプ上から前記樹脂フィルムの原料を塗布し、前記樹脂フィルムを形成した後、前記樹脂フィルムの前記最初の金属バンプ上の部分と、前記各最初の金属バンプの先端部分とを研磨除去し、前記各最初の金属バンプの前記樹脂フィルムの孔内に残存する部分で導体部を構成させ、
電解液に浸漬した状態で前記導体部に電流を流し、前記樹脂フィルム表面に露出する前記各導体部表面に、前記樹脂フィルム上から突き出された金属から成る接続部を電解メッキ法によって形成し、
前記導体部と前記接続部とで新たな金属バンプを形成した後、前記金属配線膜をパターニングし、前記金属配線を形成することを特徴とするフレキシブル配線板の製造方法。
前記金属配線膜上に複数の開口部を有するマスクフィルムを配置し、電解液に浸漬した状態で電流を流し、電解メッキ法によって前記最初の金属バンプを形成した後、
前記マスクフィルムを除去する請求項７記載のフレキシブル配線板の製造方法。