JP2006120683A

JP2006120683A - 半導体実装方法およびフレキシブル配線板

Info

Publication number: JP2006120683A
Application number: JP2004303959A
Authority: JP
Inventors: Naoto Nakatani; 直人中谷; Takashi Sekimoto; 隆司関本
Original assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Current assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: JP3909772B2

Abstract

【課題】フレキシブル配線板に液晶ポリマからなるフィルムを用いている場合に、適切な温度範囲内で超音波接合し、加振エネルギーの利用効率を向上し、接合信頼性を向上させる。
【解決手段】液晶ポリマのフィルム（１２）を用いたフレキシブル配線板（１０）の配線に半導体ベアチップ（１６）のバンプを超音波フリップチップ接合技術により実装する半導体実装方法であって、半導体チップ（１６）に液晶ポリマの配向方向と略同方向に超音波振動を加えて接合する。
【選択図】図１

Description

この発明は、バンプを有する半導体ベアチップに超音波振動を加えてフレキシブル配線板上の配線に超音波接合するフリップチップ実装技術を用いた半導体実装方法と、この方法の実施に直接使用するフレキシブル配線板とに関するものである。

従来より、ポリイミドフィルムを用いたフレキシブル配線板（基板）は、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）やＣＯＦ（Chip On Film）などの用途で使われてきたが、吸湿が大きく、これによる寸法変化や誘電率の変動が大きいという欠点があった。このため、吸湿が少なく誘電率も安定した液晶ポリマ樹脂、特に全芳香族ポリエステル樹脂からなるフレキシブル配線板（基板）が開発されている（特許文献１）。

特開２００３−３４８６２号

このフレキシブル配線板を使ってフリップチップ実装する方法が検討されている。この方法（参考方法）は、熱と圧力を併用して接合する工法である。すなわち、一般的にはＳｎめっきされた配線上に金バンプを荷重を加えながら３００℃以上に加熱し、ＡｕＳｎ共晶合金を形成して接合する方法や、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて２００℃以上の熱を加えて接着剤を硬化させて強度維持する方法が考えられる。

図５はこの参考方法を説明するための断面図であり、（Ａ）は接合前を、（Ｂ）は接合後を示している。これらの図で符号２はフレキシブル配線板の基板となる液晶ポリマのフィルム、４はこのフィルム２の表面に形成されたリード配線である。符号６は半導体ベアチップ、８はその下面（フィルム２に対向する面）に突出する金パンプである。

しかし、この液晶ポリマ樹脂は熱可塑性であるため、部品実装を行わない配線基板単体としては使用できても、特に液晶ポリマを薄いフィルムにして半導体ベアチップをフリップチップ実装するのは、非常に困難であった。すなわち、ポリイミド樹脂などの熱硬化材料と異なり液晶ポリマ樹脂は熱可塑性材料であるため、温度上昇と共に軟化する。このため弾性率の低下が著しく、１００℃以上の温度で接合に必要な荷重（圧力）を加えると材料の塑性変形が生じ、実装部分の陥没による変形や導電粒子の圧接力が低下する。このため導通を確保することができなかった。

図５の（Ｂ）はこの状態を示す。すなわち加熱によるフィルム２の軟化により、半導体ベアチップ６を上から（フィルム２との接合面から見て裏面から）加圧するとフィルム２が塑性変形して陥没する。このため前記のようにリード配線４とバンプ８との接触圧が減少し、接続信頼性が低下するという問題が生じるものである。

そこで液晶ポリマを加熱することなく超音波接合することが考えられる。しかし液晶ポリマは配向性があって、そのフィルムは伸延方向により引張弾性率が異なるため、接合場所によって接合強度にバラツキが生じる。すなわち弾性率の低い方向に超音波振動を加えると液晶ポリマ自身が大きく振動し、バンプと配線が一体に振動してしまい両者の接合界面における相対振幅が小さくなるため、超音波加振エネルギーが接合に十分に使われず効率が悪くなるためである。

そこで超音波加振力を強くすることが考えられるが、加振力が強くなると液晶ポリマ自身の振動がさらに大きくなり、この液晶ポリマのフィルム上に形成した配線とフィルムとの接合状態が不均一になったり、配線によじれが生じたりして接合信頼性が一層低下するという問題が生じる。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、フレキシブル配線板に液晶ポリマからなるフィルムを用いている場合に、フィルムを過度に加熱することなくフィルムが不適切に軟化しない温度範囲内で超音波接合でき、加振エネルギーの利用効率が向上し、接合信頼性を向上させることができる半導体接合方法を提供することを第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用するフレキシブル配線板を提供することを第２の目的とする。

本発明によればこの第１の目的は、液晶ポリマのフィルムを用いたフレキシブル配線板の配線に半導体ベアチップのバンプを超音波フリップチップ接合技術により実装する半導体実装方法であって、前記半導体チップに前記液晶ポリマの配向方向と略同方向に超音波振動を加えて接合することを特徴とする半導体実装方法、によって達成できる。

また第２の目的は、請求項１〜５のいずれかの半導体実装方法に用いるフレキシブル配線板であって、半導体ベアチップのバンプが接合される位置につながるフレキシブル配線板の主なリード配線の方向が、液晶ポリマの配向方向にほぼ一致しているフレキシブル配線板、によって達成可能である。

液晶ポリマは延伸による配向性が著しく、伸ばした後の強度特に伸ばした方向の強度が大きく増加する性質を持つ。すなわちフィルムはその延伸方向（配向方向）の強度が大きい。この発明では、半導体ベアチップに加える超音波加振方向をフィルムの配向方向と略同方向にするから、フィルム自身が振動しにくくなり、フィルムが不均質に伸縮することがなくなる。このためバンプとリード配線との接合位置変化による接合状態の不均一性が小さくなり、接合信頼性が向上する。

またフィルムの振動を抑制し接合界面のバンプと配線との相対振幅を大きくすることができ、加振効率が向上する。このためフレキシブル配線板を過度に加熱することなく確実に超音波接合することができる。フィルムの温度が低いので、フィルムが軟化せず、バンプがフィルムに陥没して接合信頼性が低下するおそれもない。

請求項６に記載した発明によれば、請求項１〜５のいずれかの方法の実施に直接使用するのに適するフレキシブル配線板が得られる。特に配線とフィルムとの接合部に不均一な力が加わらないのでこの接合部が安定し、配線によじれが発生しなくなる。

フレキシブル配線板の配線の最終めっき処理を金めっきとし、半導体ベアチップのバンプも金バンプとすれば、接合部に十分な圧力を加えることができ、半導体ベアチップに加える超音波振動を確実に金バンプに伝え接合界面における相対振幅を大きくすることができ、接合信頼性が向上する（請求項２）。

液晶ポリマは液晶構造を発現する高分子の総称であり、ある温度範囲で液晶性を示すもの（サーモトロピック）と、溶液状態で液晶性を示すもの（リオトロピック）とがある。前者の代表的なものとしてザイダーやベクトラ（共に商品名）などの全芳香族ポリエステルがある。後者の代表的なものとしてケブラー（商品名）などの全芳香族ポリアミドがある。

この発明ではこの液晶ポリマの配向性すなわち分子配列を伸延方向に揃えることによりその方向の強度が増加する性質を利用するが、このフィルムは全芳香族ポリエステルが好適であり、この場合には厚さを２５μｍ以下にするのが望ましい（請求項３）。２５μｍをこえると、フレキシブル配線板としての柔軟性が不十分となるから望ましくない。また液晶ポリマは全芳香族ポリアミドであってもよい。

液晶ポリマはその配向方向の引張粘弾性率は３ＧＰａ以上となる温度領域にして接合するのが望ましい（請求項４）。この温度領域であれば液晶ポリマの硬さを十分に大きく保つことができ、バンプをフィルムに押圧した時にバンプがフィルムに過大に陥没することがないからである。

フレキシブル配線板の主なリード配線は、液晶ポリマの配向方向にほぼ一致させれば、半導体ベアチップに加えた（配向方向の）超音波振動がリード配線の長さ方向とほぼ平行なので、リード配線によじれが生じるおそれがない（請求項５）。このため接合信頼性が一層向上する。

図１は本発明の一実施例である接合方法を示す斜視図である。この図１において符号１０はプリント配線板であり、液晶ポリマからなるフィルム１２の上面に配線１４を形成したものである。配線１４は銅箔をフォトエッチングなどで形成し、最終めっき処理を金めっきとしたものである。液晶ポリマとしてはゴアテックス社製の全芳香族ポリエステル樹脂（商品名：ＢＩＡＣＲＦ）を用いる。フィルム１２の厚さは２５μｍである。

このフィルム１２の配線１４に半導体ベアチップ１６の金バンプを位置合わせして上から押圧しつつ超音波振動を半導体ベアチップ１６の上面に加える。この時超音波振動の振動方向は液晶ポリマの配向方向に一致させる。

この場合の超音波による溶着強度試験結果が図２，３に示されている。図２はダイシェア強度のテスト結果であり、液晶ポリマのフィルム１２に形成した配線１４に所定数の金バンプを有する半導体ベアチップ１６（図１）を押圧して超音波接合した時に、フィルム１２とベアチップ１６の間の接線方向の引張り強度（ダイシェア強度）を測定したものである。ここにベアチップ１６のフィルム１２に対する押圧力は、バンプ変形量（高さの変化Δｔ（μｍ））を単位として横軸にとり、接合強度の単位を（Ｎ／ｃｈｉｐ）として縦軸にとって示す。

この図２によれば、フィルム温度（基板温度）を６０℃と４０℃として測定した接合強度は４０℃の方が大きい。すなわち基板温度は低い方が接合強度は大きい。またバンプ変形量が大きいと（従って金バンプの高さ変化Δｔが大きいと）、接合強度は逆に低下することが解る。

図３は液晶ポリマの粘弾性（引張粘弾性）の温度依存性をポリイミドと比較して示す図である。この図３によれば基板温度６０℃（４０℃）の時には液晶ポリマの引張粘弾性は３．０（３．８）ＧＰａになることが解る。ベアチップ１６の接合強度としては、２０Ｎ以上が望ましいから、図２から基板温度を６０℃（望ましくは４０℃）以下としてバンプ変形量Δｔを８μｍ以下（同じく約１３μｍ以下）とすればよい。この時の液晶ポリマの引張粘弾性は３．０ＧＰａ（３．８ＧＰａ）以上である。従って液晶ポリマの引張粘弾性率が３ＧＰａ以上となる温度領域（図３から６０℃以下）に保って、その時のバンプ変形量Δｔを８μｍの加圧力を加えて超音波接合すれば、所望の接合強度（２０Ｎ以上）が得られる。

図４は他の実施例であるフレキシブル配線板を示す斜視図である。このフレキシブル配線板１０Ａには、液晶ポリマからなるフィルム１２Ａの配向方向に多数の（望ましくは全てもしくは主要な）リード配線１４Ａが形成されている。

このフレキシブル配線板１０Ａは、例えば液晶表示板や有機ＥＬディスプレイのドライバ回路用に使用されるチップ（図示せず）を実装するものであり、このチップの入力側と出力側のリード配線１４Ａがチップ実装領域１６Ａを挟んで対向している。

この場合にチップを実装領域１６Ａに位置合わせしバンプを各リード配線１４Ａに重ね、上から（チップの裏面）から液晶ポリマの配向方向すなわちリード配線１４Ａの長さ方向に加振方向をほぼ一致させて超音波加振する。

この実施例によれば主要なリード配線１４Ａが液晶ポリマの配向方向にほぼ一致しているから、主要なリード配線１４Ａと液晶ポリマとの接合部に不均一な力が加わらない。仮にリード配線が液晶ポリマの配向方向に交わる方向にのびていると、バンプからリード配線に加わる振動（配向方向の超音波振動）はリード配線を介して配向方向以外の方向にも伝わり、加振力の一部は液晶ポリマ自身を振動させるために消費される。このため効率が悪くなるばかりでなく、リード配線に配向方向以外の方向の力が加わることにもなる。このためリード配線に不均一な力が加わり、リード配線とフィルムとの接合部が不安定になったり、リード配線によじれが発生することにもなる。

この実施例によればリード配線に加わる力が配向方向に一致しているから、このような不都合が発生しない。

本発明の一実施例の接合方法を示す斜視図接合強度の試験結果を示す図引張り粘弾性の温度依存性を示す図他の実施例であるフレキシブル配線板の斜視図参考方法の説明図

符号の説明

１０，１０Ａフレキシブル配線板
１２，１２Ａ液晶ポリマのフィルム
１４，１４Ａ配線（リード配線）
１６半導体ベアチップ
１６Ａ半導体ベアチップの実装領域

Claims

液晶ポリマのフィルムを用いたフレキシブル配線板の配線に半導体ベアチップのバンプを超音波フリップチップ接合技術により実装する半導体実装方法であって、
前記半導体チップに前記液晶ポリマの配向方向と略同方向に超音波振動を加えて接合することを特徴とする半導体実装方法。
フレキシブル配線板の配線の最終めっき処理が金めっきであり、半導体ベアチップのバンプが金バンプである請求項１の半導体実装方法。
液晶ポリマは、全芳香族ポリエステル樹脂であり、液晶ポリマのフィルムは厚さが２５μｍ以下である請求項１または２の半導体実装方法。
フレキシブル配線板の温度を、液晶ポリマの配向方向の引っ張り粘弾性率が３ＧＰａ以上となる温度領域に保持しつつ接合する請求項１〜３のいずれかの半導体実装方法。
半導体ベアチップのバンプが接合されるフレキシブル配線板の主なリード配線が液晶ポリマの配向方向にほぼ一致している請求項１〜４のいずれかの半導体実装方法。
請求項１〜５のいずれかの半導体実装方法に用いるフレキシブル配線板であって、
半導体ベアチップのバンプが接合される位置につながるフレキシブル配線板の主なリード配線の方向が、液晶ポリマの配向方向にほぼ一致しているフレキシブル配線板。