JP2006190824A - Ｃｏｆ用積層板及びｃｏｆフィルムキャリアテープ - Google Patents

Abstract

【課題】ICあるいはLSI等電子部品をフィルムキャリアテープに高温で金属共晶実装しても、フィルムキャリアテープが熱による寸法変化や変形せず、リードがバンプに沈み込む量を低くした電子部品とフィルムキャリアテープの接続信頼性を向上しうるCOF用積層板及びCOFフィルムキャリアテープを提供する。
【解決手段】絶縁層10の片面または両面に導体20を積層したCOF用積層板であって、絶縁層１0が熱可塑性ポリイミド層１３、非熱可塑性ポリイミド層12、任意の層としての熱可塑性ポリイミド層１１からなり、非熱可塑性ポリイミド層12が線膨張係数20ppm／℃以下であり、かつ導体と接する熱可塑性ポリイミド層１３のガラス転移温度が300℃以上、厚みが2.0μｍ以下であるCOF用積層板及びこれを加工して得られるCOFフィルムキャリアテープ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ICあるいはLSIなど電子部品を実装するCOF（Chip on Film）用積層板及びこれを加工して得られるCOFフィルムキャリアテープに関するものである。

カメラ、パソコン、携帯電話、液晶ディスプレイなどの電子機器の普及及び発達に伴い、IC（集積回路）あるいはLSI（大規模集積回路）など電子部品を実装するプリント配線板の需要が急増しているが、近年では、電子機器の小型化、軽量化、薄型化、高精彩化、高機能化が要望され、小さいスペースで実装できる電子部品実装用フィルムキャリアテープを用いた実装方式が採用されている。

電子部品実装用フィルムキャリアテープには、ＴＡＢテープやＴ−ＢＧＡテープがあるが、より小さいスペース、より高密度の実装をおこなう実装方式としてCOFが実用化されている。

COFは、裸の半導体ＩＣをフィルム状の配線板の上に直接搭載した複合部品のことであり、多くの場合、COFはより大きなリジッド配線板やディスプレイ板に接続して使用されている。そして、フィルム状の配線板は、ポリイミド等の有機ポリマーフィルムと金属箔を積層した積層板から作られる。

フィルム状の配線板は、金属箔積層板の金属箔面上に感光性樹脂層を積層し、所望の配線パターンに対応した露光を行い、必要な部分の感光性樹脂を光硬化させ、現像により、未露光部分の感光性樹脂を除去した後、エッチングにより硬化レジストに覆われていない基板の被覆金属層を除去したり、めっきにより硬化レジストに覆われていない部分にめっき金属を析出させる。最後に、剥離により、硬化レジストを除去して、所望の導体パターンを有する配線板を得るというような方法が採用される。感光性樹脂を積層する方法としては、液状レジストを塗布、乾燥する方法や感光性樹脂積層体をラミネートする方法がある。

COF用の積層板としては、主にポリイミド樹脂フィルムに銅をスパッタして得られるポリイミド銅張積層板が使用されてきた。スパッタ方式の場合、金属層のピンホールにより歩留まりが悪化しやすいため、ピンホールがないポリイミド金属積層板が望まれている。ピンホールがない金属積層板としては、ステンレス箔、圧延銅箔や電解銅箔とポリイミドを積層したものがある。この積層板はキャスティングやラミネート方式により銅箔上にポリイミドを積層して得られるが、接着力等を向上するために、熱可塑性ポリイミド層を金属箔上に形成するものがある。

一方、ICチップ実装は、ACF、NCP、超音波接合など低温で実装する方式から、Au-Au接合、Au-Sn接合など300℃以上の高温で実装する方式があるが、TABラインでの実装方式や、チップと配線の接続信頼性の点から、Au-Au接合、Au-Sn接合が多く採用されている。

スパッタ方式で得られるポリイミド積層板の場合、熱可塑性樹脂層がないため、300℃以上のチップ実装時に金属配線がポリイミド層に沈み込むという現象は起こらないが、導体との接着性が劣ることや上記のような問題がある。

銅箔にポリイミド層を塗布又は圧着等により積層する場合は、銅箔とポリイミド層間の接着力を高め、かつ、耐熱性を付与するためには、熱可塑性のポリイミドを用いることが一般に必要とされるが、300℃以上のチップ実装時に、熱可塑性ポリイミド層が熱変形を起こし、導体が熱可塑性ポリイミド層に沈み込む問題があった。

特開２００４−１７３４９号公報 特開２０００−５８９８９号公報 特許２７２９０６３号公報

特許文献１では、非熱可塑性ポリイミド層の両面に、ステンレスのエッチングストップ層として、特定の熱可塑性ポリイミド層が形成され、該熱可塑性樹脂層の両面にステンレス３０４が積層されたポリイミド金属積層体であって、熱可塑性ポリイミド層の厚みが０．５〜１０μm（実施例７μｍ）であることを特徴とする金属箔との密着性に優れ、微細加工性の良いハードディスクドライブ用サスペンション用ポリイミド金属積層板が記載されている。

特許文献２では、絶縁層としてベースフィルムの両側に接着剤層を形成してなる３層構造の接着シートを用いる金属積層板において、ベースフィルムの吸湿膨張係数が２０ｐｐｍ以下であり、かつ、接着剤層の厚みが５μｍ以下（実施例：２〜３μｍ）であることを特徴とする吸湿特性が改善されたフレキシブル金属箔積層板が記載されている。

特許文献３では、金属箔に直接接している、ガラス転移温度が１７０℃以上である接着性ポリイミドフィルム層の厚さとガラス転移温度が３００℃以上、５００℃以下であるポリイミドフィルム層の厚さの比が０．００１以上、０．２以下（実施例：４〜５μｍ）であり、かつ、溶媒に溶解したポリイミドまたはその前駆体を金属箔上に順次塗布した後に加熱して２種以上のフィルム層を形成することを特徴とするフレキシブル金属箔積層板の製造方法が記載されている。

上記のように、導体と接している熱可塑性または接着性ポリイミド層の厚みをある程度薄くすることは開示されているが、COF製造工程におけるAu-Sn共晶を用いるフリップチップ実装の場合は、300℃以上の高温、高圧にさらされるため、熱可塑性または接着性ポリイミドが熱変形を起こし、導体が沈み込むという問題があった。

本発明は、寸法安定性、導体との密着性に優れ、COF製造工程におけるAu-Sn共晶時の導体のポリイミド層への沈み込みを防止し、電子部品とフィルムキャリアテープの接続信頼性を向上しうるCOF用積層板及びCOFフィルムキャリアテープを提供することを目的とする。

本発明は、絶縁層の片面または両面に導体を積層したCOF用積層板において、上記絶縁層が複数のポリイミド系樹脂からなる多層構造であり、絶縁層は、線膨張係数が２０ppm／℃以下である非熱可塑性ポリイミド層の片面または両面を、熱可塑性ポリイミド層で積層した構造であって、導体と接している熱可塑性ポリイミド層の厚みが２．０μm以下であり、且つ、この熱可塑性ポリイミド層のガラス転移温度が３００℃以上であることを特徴とするCOF用積層板である。また、本発明は、上記COF用積層板を加工して得られるCOFフィルムキャリアテープである。

以下に、本発明を更に説明する。
COF用積層板は、導体となる金属箔と絶縁層となる多層構造のポリイミド層とからなり、金属箔は片面側にあっても、両面側にあってもよい。絶縁層は非熱可塑性ポリイミド層と熱可塑性ポリイミド層を各１層以上有し、導体と接しているポリイミド層は熱可塑性ポリイミド層となっている。

使用する金属箔の材質は問わず、例えばステンレス、銅、鉄、アルミ等が挙げられるが、銅又は銅合金が優れる。金属箔の厚みには制限はないが、５〜５０μmの範囲から選択することがよい。

非熱可塑性ポリイミド層は、線熱膨張係数が２０ppm／℃以下であり、１０ppm／℃以上、２０ppm／℃以下が適する。線熱膨張係数はサーモメカニカルアナライザーを用い、１００℃から２５０℃の平均線熱膨張係数により測定される。

非熱可塑ポリイミド層を形成する非熱可塑ポリイミドとしては、特に制限はないが、特定のジアミンと特定のテトラカルボン酸二無水物から合成されるポリイミドが好ましく利用できる。

かかるジアミンとして、ｏ-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、4,4'-ジアミノフェニルエーテル、3,4'-ジアミノジフェニルエーテル、3,3'-ジアミノジフェニルエーテル、4,4'-ジアミノ-ビフェニル、4,4'-ジアミノ-2,2'-ジメチルビフェニル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、アルキル基やアルコキシ基等の置換基を有してもよい4,4'-ジアミノ-ベンズアニリド等が挙げられる。これらは、単独又は２種類以上使用してもよい。また、その他のジアミンと併用することもできるが、上記のジアミン成分の使用量は70モル%以上であることが好ましい。

かかるテトラカルボン酸二無水物として、ピロメリット酸二無水物、3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2',3,3'-ビフェニルテトラカルボン酸等が挙げられる。これらは、単独又は２二種類以上使用してもよい。また、その他のテトラカルボン酸二無水物と併用することもできるが、上記のテトラカルボン酸成分の使用量は70モル%以上であることが好ましい。

更に、非熱可塑ポリイミド層を形成する非熱可塑ポリイミドとして、市販の非熱可塑性ポリイミドフィルム、またはその中間体であるポリイミド溶液又はその前駆体溶液が使用できる。例えば、宇部興産株式会社のユーピレックス（登録商標）S、SGA、SN、東レ・デュポン株式会社のカプトン（登録商標）H、V、EN、鐘淵化学工業株式会社のアピカル（登録商標）AH、NPI、HP等のフィルムまたはその中間体が挙げられる。

非熱可塑ポリイミド層の厚みは、格別な制限はないが、２〜１００μm、好ましくは５〜５０μmが適する。

導体と接している熱可塑性ポリイミド層は、厚みが２．０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上２．０μｍ以下で、且つ、動的粘弾性測定装置にて測定できるガラス転移温度が３００℃以上であることが必要である。なお、熱可塑性ポリイミド層を両面に有する場合は、それらは同一であっても異なってもよいが、両面に導体を有するときは、いずれも上記物性値を満足することが望ましい。

熱可塑ポリイミド層を形成する熱可塑ポリイミドとしては、特に制限はないが、特定のジアミンと特定のテトラカルボン酸二無水物から合成されるポリイミドが好ましく利用できる。

かかるジアミンとして、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4'−ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、3,3'-ジアミノベンゾフェノン、2,2-ビス(4-(4‐アミノフェノキシ)フェニル)プロパン等が挙げられる。これらは、単独又は２種類以上使用してもよい。また、その他のジアミンと併用することもできるが、上記のジアミン成分の使用量は70モル%以上であることが好ましい。

かかるテトラカルボン酸二無水物として、ピロメリット酸二無水物、3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2',3,3'-ビフェニルテトラカルボン酸等が挙げられる。これらは、単独又は２二種類以上使用してもよい。また、その他のテトラカルボン酸二無水物と併用することもできるが、上記のテトラカルボン酸の使用量は70モル%以上であることが好ましい。

本発明のCOF用積層板は、金属箔表面に、熱可塑性ポリイミド又はその前駆体溶液を塗布し、次に非熱可塑性ポリイミド又はその前駆体溶液（以下、ワニスともいう）を塗布し、乾燥、硬化する方法で製造することができる。ワニスを塗布する方法としては、ダイコーター、コンマコータ、ロールコータ、グラビアコータ、カーテンコーター、スプレーコーター等の公知の方法が採用できる。この場合、必要によりさらに熱可塑性ポリイミド又はその前駆体溶液（以下、ワニスともいう）を多層に塗布することができる。塗布したワニスを乾燥、硬化する方法は、通常の加熱乾燥炉が利用できる。乾燥炉の雰囲気としては、空気、イナートガス(窒素、アルゴン)等が利用できる。乾燥、硬化の温度としては、60℃〜400℃程度の温度範囲が好適に利用される。硬化はポリイミド前駆体がポリイミドとなるまで行う。なお、銅箔厚みが大きい場合は、必要によりエッチング処理等により、銅箔厚みを所定の厚みとする。

両面に金属箔を有する積層板は、絶縁層を３層以上とし、最外層を熱可塑性ポリイミド層とし、この最外層の熱可塑性ポリイミド層の表面に金属箔を熱圧着すること等により製造される。

また、本発明のCOF用積層板は、非熱可塑性ポリイミドフィルムの片面または両面に熱可塑性ポリイミド又はその前駆体溶液を塗布し、上記方法と同様にして、多層のポリイミドフィルムを得て、熱可塑性ポリイミド層の表面に金属箔を熱圧着することにより製造することができる。

熱圧着する方法については、特に制限はないが、例えば加熱プレス法、熱ラミネート法などの公知の方法が採用できる。

COF用積層板から、COF用フィルムキャリアテープを製造する方法は、公知でありこれらの方法を適宜選択使用することができる。例えば、COF用積層板を所定幅のフィルムに切断し、フィルムの両側にはスプロケットを設けたのち、金属箔面側に感光性樹脂層を設け、所定の回路が得られるようなマスクを通して露光し、次いで、エッチング処理して、未露光部分又は露光部分のいずれかを除去する。次に、残った樹脂層をレジストとして露出した金属箔をエッチング処理して回路パターンを形成し、更に必要によりレジストを除去することによりCOF用フィルムキャリアテープとするなどの方法がある。

本発明により、耐熱性、接着性に優れ、ピンホールが無く、Au-Au接合あるいはAu-Sn接合によるチップ実装時でも配線ずれが少なく、アンダーフィル充填が可能で、電子部品とフィルムキャリアテープの接続信頼性を向上しうるCOF用積層板及びCOFフィルムキャリアテープを提供することができる。
すなわち、絶縁層は、非熱可塑性ポリイミド層の片面または両面を熱可塑性ポリイミド層で積層した構造であって、導体と接している熱可塑性ポリイミド層の厚みが2.0μm以下であるため、ICチップ実装時においても、寸法安定性、導体との密着性に優れ、300℃以上のAu-Sn共晶を用いるフリップチップ実装においても、熱変形が発生せず、導体のポリイミド層への沈み込みを防止し、電子部品とフィルムキャリアテープの接続信頼性を向上させる。

図１は、片面導体のCOF用積層板の層構造を説明するための断面図であり、絶縁層10と導体20とからなっている。絶縁層10は熱可塑性ポリイミド層11、非熱可塑性ポリイミド層12及び熱可塑性ポリイミド層13の3層から構成されており、熱可塑性ポリイミド層13が導体20と接している。
図２は、ICチップをCOF用フィルムキャリアテープに実装する例を示す概念図であり、ICチップ1の金メッキされたバンブ2が、COF用フィルムキャリアテープのポリイミド層3上に形成されている回路4に接合する状態を示す。この際、350〜400℃程度の高温で熱圧着されるため、圧着部のポリイミド層3厚みが当初厚みT1から、T2に沈み込むことになる。この厚みの差T1-T2を可及的に小さくすることが望まれている。

以下に、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例に用いられる略語は、次の通りである。
PMDA・・・・・無水ピロメリット酸
BPDA・・・・・3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸
DAPE・・・・・4,4'-ジアミノ-ジフェニルエーテル
MT・・・・・・4,4'-ジアミノ-2,2'-ジメチルビフェニル
BAPP・・・・・2,2-ビス（4-（4-アミノフェノキシ）フェニル）プロパン
TPE・・・・・・1,3-ビス（4-アミノフェノキシ）ベンゼン
DMAc・・・・・ジメチルアセトアミド

実施例１
DMAc425gに、MT18.719g及びDAPE11.760gを1Lのセパラブルフラスコの中で撹拌しながら溶解させた。次に、PMDA25.305gとBPDA8.532gをこの溶液に少しずつ投入して、重合反応をおこない、高粘度の非熱可塑性ポリイミド前駆体溶液Aを得た。B型粘度計で、粘度を測定した結果、23℃で255ポイズであった。
同様に、DMAc425gにBAPP43.150gを溶解させた後、この溶液に、PMDA19.087gとBPDA4.543gを投入して、重合反応をおこない、高粘度の熱可塑性ポリイミド前駆体溶液Bを得た。粘度を測定した結果、23℃で40ポイズであった。

次に、上記で得られたポリイミド前駆体溶液Bを、厚みが18μmの電解銅箔（三井金属鉱山（株）製NA-VLP）上にイミド転化後のフィルム厚みが1μmになるようにバーコートした。その後、130℃で5min乾燥した。その後、乾燥したポリイミド層の上に、積層するようにポリイミド前駆体溶液Aをイミド転化後のフィルム厚みが37μmになるようにバーコートして、130℃で5min乾燥した。さらに同様にして、このフィルムの上にポリイミド前駆体溶液Bをイミド転化後の厚みが1μmになるようにバーコートして、130℃で5min乾燥した。
次に、乾燥した積層体を真空恒温槽に投入して200℃で30min、300℃で30min、350℃で30min熱処理をして、ポリイミド層の厚みが39μmのCOF用積層板を得た。ここで、ポリイミド前駆体溶液Aから得られた非熱可塑性ポリイミドA層の線膨張係数は15ppm／℃であった。また、ポリイミド前駆体溶液Bから得られた熱可塑性ポリイミドB層のガラス転移温度は310℃であった。ガラス転移温度は、動的粘弾性で測定して、損失弾性率のピーク値をガラス転移温度とした

得られたCOF用積層板に、60μmピッチの配線パターンを形成してCOFフィルムキャリアテープとした。なお、インナーリード部には錫メッキを施してある。その後、COFフィルムキャリアテープのインナーリード部へ金バンプを有するICを実装した。実装は、フリップチップボンダー「TFC-2100」芝浦メカトロニクス(株)製を使用し、ボンディングヘッドツール温度は400℃、ステージ温度は100℃、接合圧力は1バンプ当たりの荷重が20gfになるようにおこなった。

次にICを実装したCOFフィルムキャリアテープの断面を観察して、図２に示すT1（フィルム厚み）−T2（実装部フィルム厚み）＝T3（実装による樹脂変形量）として、測定した。本実施例では、T3は1μmであり、インナーリードとバンプの接続状態は良好であった。

実施例２
DMAc425gにMT28.078gとTPE4.297gを1Lのセパラブルフラスコの中で撹拌しながら溶解させた。次に、PMDA25.305gとBPDA8.532gをこの溶液に少しずつ投入して、重合反応をおこない、高粘度の非熱可塑性ポリイミド前駆体溶液Ｃを得た。B型粘度計で、粘度を測定した結果、23℃で320ポイズであった。

同様にDMAc425gにBAPP43.150gを溶解させた後、この溶液に、PMDA21.333gとBPDA1.514gを投入して、重合反応をおこない、高粘度の熱可塑性ポリイミド前駆体溶液Ｄを得た。粘度を測定した結果、23℃で20ポイズであった。

その後、実施例1と同様な操作をおこない、ポリイミド層の厚みが39μmのCOF用積層板を得た。得られた非熱可塑性ポリイミドC層の線膨張係数は13ppm／℃、熱可塑性ポリイミド層D のガラス転移温度は310℃であった。COFフィルムキャリアテープに加工し、ICを実装した結果、T3は0.5μmであり、インナーリードとバンプの接続状態は良好であった。なお、ポリイミド層の厚みは、D/C/Dの順に1μm/37μm/1μmである。

実施例３
非熱可塑性ポリイミドA層が21μm、両側の熱可塑性ポリイミドB層が2μmである以外は、実施例1と同様にしてCOFフィルムキャリアテープに加工し、ICを実装した結果、T3は1.5μmであり、インナーリードとバンプの接続状態は良好であった。

比較例１
非熱可塑性ポリイミドA層が30μm、両側の熱可塑性ポリイミドB層がそれぞれ5μmである以外は、実施例1と同様にしてCOFフィルムキャリアテープに加工し、ICを実装した結果、T3は4μmであって、インナーリード近辺の樹脂の変形が大きく、インナーリードとバンプの接続状態は不良であった。

比較例２
DMAc425gにMT23.781gとTPE8.594gを1Lのセパラブルフラスコの中で撹拌しながら溶解させた。次にPMDA25.305gとBPDA8.532gをこの溶液に少しずつ投入して、重合反応をおこない、高粘度の非熱可塑性ポリイミド前駆体溶液Eを得た。B型粘度計で、粘度を測定した結果、23℃で230ポイズであった。次に、実施例2で得られた熱可塑性ポリイミド前駆体溶液Ｄと上記の非熱可塑性ポリイミド前駆体溶液Eを用い、実施例1と同様な操作をおこない、ポリイミド層の厚みが39μmのCOF用積層板を得た。得られた非熱可塑性ポリイミドE層の線膨張係数は30ppm／℃であった。COFフィルムキャリアテープに実装した結果、T3は0.5μmであったが、テープの熱寸法変化のためにインナーリードとバンプの位置がずれており、接続状態は不良であった。

比較例３
DMAc425gにTPE37.621gを1Lのセパラブルフラスコの中で撹拌しながら溶解させた。次に、BPDA37.379gをこの溶液に少しずつ投入して、重合反応をおこない、高粘度の熱可塑性ポリイミド前駆体溶液Fを得た。B型粘度計で、粘度を測定した結果、23℃で120ポイズであった。次に、上記で得られたポリイミド前駆体溶液Fを、厚みが18μmの電解銅箔NA-VLP（三井金属鉱山（株）製）上にイミド転化後のフィルム厚みが1μmになるようにバーコートした。その後、130℃で5min乾燥した。その後、乾燥したポリイミド層の上に、積層するように実施例１のポリイミド前駆体溶液Aをイミド転化後のフィルム厚みが37μmになるようにバーコートして、130℃で5min乾燥した。さらに同様にして、このフィルムの上にポリイミド前駆体溶液Fをイミド転化後の厚みが1μmになるようにバーコートして、130℃で5min乾燥した。
このようにして得られた積層体を真空恒温槽に投入して200℃で30min、300℃で30min、350℃で30min熱処理をして、ポリイミド層の厚みが39μmのCOF用積層基板を得た。

ポリイミド前駆体溶液Fから生じる熱可塑性ポリイミドFのガラス転移温度は220℃であった。実施例1と同様にしてCOFフィルムキャリアテープに加工し、ICを実装した結果、T3は2.0μmであったが、インナーリード近辺の樹脂の変形が大きく、一部のインナーリードがフィルムから剥れており、インナーリードとバンプの接続状態は不良であった。

COF用積層板の断面図 ICチップをCOFフィルムキャリアテープに実装する例を示す概念図

符号の説明

1：ICチップ、2：バンブ、3：ポリイミド層、4：回路、10：絶縁層、11、13：熱可塑性ポリイミド層、12：非熱可塑性ポリイミド層、20：導体

Claims (4)

1. 絶縁層の片面または両面に導体を積層したCOF用積層板において、上記絶縁層が複数のポリイミド系樹脂からなる多層構造であり、絶縁層は、線膨張係数が２０ppm／℃以下である非熱可塑性ポリイミド層の片面または両面を熱可塑性ポリイミド層で積層した構造であって、導体と接している熱可塑性ポリイミド層の厚みが２．０μm以下であり、且つ、熱可塑性ポリイミド層のガラス転移温度が３００℃以上であることを特徴とするCOF用積層板。
2. 絶縁層が、ポリイミドの前駆体溶液を直接導体に塗布し、熱硬化、イミド転化して得られるものであることを特徴とする請求項１に記載のCOF用積層板。
3. 絶縁層が、ポリイミド系樹脂フィルムを導体に熱圧着して得られることを特徴とする請求項１に記載のCOF用積層板。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のCOF用積層板を加工して得られるCOFフィルムキャリアテープ。