JP2007067022A - 配線基板、半導体装置、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】テープキャリア基板などの配線基板の導体配線上に形成された突起電極と半導体素子の電極パッドとを接続する際に、その応力に対して実用的に十分な強さで保持され、十分な接続安定性が得られるようにする。
【解決手段】絶縁性のフィルム基材４上に整列して設けられた複数本の導体配線５と、複数本の導体配線５のそれぞれの上に形成された突起電極７とを備えたテープキャリア基板１を、導体配線５の表面の突起電極形成領域を含む領域に導体配線５より硬質な硬質金属膜が形成され、突起電極７は導体配線５を幅方向に横切って導体配線５の片側からもう片側に亘って形成された構造とする。突起電極７の近傍部で起こりやすかった断線を防止できるばかりでなく、横方向に加わる力に抗する安定性も十分である。硬質金属膜は突起電極７の表面には形成されていないので、突起電極７は容易に大きく変形可能であり、接続対象の電極パッドに良好に接続可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配線基板、半導体装置、およびその製造方法に関し、特に、チップオンフィルム（ＣＯＦ）に用いられるテープキャリア基板のような配線基板、なかでもその導体配線上に形成する突起電極の改良に関する。

フィルム基材を使用したパッケージモジュールの一種として、ＣＯＦ（Chip On Film）が知られている。図７は、従来のＣＯＦの一部分を示す断面図である。このＣＯＦは、柔軟な絶縁性のテープキャリア基板１の上に半導体素子２を搭載し、封止樹脂３により保護した構造を有し、フラットパネルディスプレイの駆動用ドライバーとして主に使用されている。

テープキャリア基板１は、ポリイミドなどの絶縁性のフィルム基材４の上に複数本の銅などの導体配線５が整列して設けられたもので、この導体配線５に対して半導体素子２上の電極パッド６が突起電極７を介して接続されている。導体配線５上には必要に応じて金属めっき被膜８および絶縁樹脂であるソルダーレジスト９の層が形成されている。

突起電極７は、テープキャリア基板１上の導体配線５に対して、または半導体素子２上の電極パッド６に対して形成されている。特許文献１では、図８（ａ）（ｂ）に示すように、突起電極７は、テープキャリア基板１上の導体配線５に対して金属めっきにより形成されている。この突起電極７は、導体配線５を横切って導体配線５の両側の領域に亘り（突起電極７の幅Ｗ１＞導体配線５の配線幅Ｗ２）、導体配線５の上面および両側面に接合されていて、横方向に加わる力に対する安定性が十分である。またこの突起電極７は、中央部が両側よりも高くなった中高形状とされていて、半導体素子２上の電極パッド６に対して位置合わせがずれても、不適当な電極パッド６に接続される恐れは少ない。
特開２００４−３２７９３６公報

しかしながら、特許文献１に記載されたテープキャリア基板１は、上述したように突起電極７の幅Ｗ１がその下の導体配線５の配線幅Ｗ２より広いことから、半導体素子２の電極パッド６との接続を行う際に障害を生じる。

図９（ａ）（ｂ）はそれぞれ、テープキャリア基板１の突起電極７と半導体素子２の電極パッド６との接続部分を示す平面図および断面図である。突起電極７と電極パッド６とを接続するために超音波を印加すると、図示したように、導体配線５における突起電極７の近傍部５ａ（以下、電極近傍部５ａという）に応力集中が起こる。導体配線５の幅や厚みが小さく、ばらついている時や、接続のための超音波の強度や印加時間が長い時、また荷重を強く印加した時には、上記した電極近傍部５ａへの応力がより大きくなる。そのような場合、応力集中部たる電極近傍部５ａが断線する惧れがあり、半導体素子２の実装後の接続状態の安定性が危惧される。図１０は、導体配線５の電極近傍部５ａが断線した状態を示す。このような導体配線５の断線不良は、ＣＯＦの多出力化に伴って、電極パッド６の狭ピッチ化および導体配線５の狭幅化が要求され、導体配線５の強度がさらに低下する傾向にあることから、非常に深刻な問題となる。

導体配線５の断線を防止するために、図１１に示すように、突起電極７と導体配線５の最表面に施される金等のめっきの下地にニッケル等の硬質な金属を設けて、強固なめっき層１０とすることが考えられる。しかしこのようなめっき層１０を備えた突起電極７を半導体素子２の電極パッド６と接続する際には、下地の金属が硬質であるがゆえに、突起電極７の変形量が小さくなり、レべリングされにくい。図１２に示すようにテープキャリア基板１の突起電極７の高さのばらつきが大きい場合は、高い突起電極７は電極パッド６と接続されるもののその変形量は小さいため、低い突起電極７は電極パッド６と接続できなくなる惧れがある。

本発明は、上記問題に鑑み、テープキャリア基板などの配線基板の導体配線上に形成された突起電極と半導体素子の電極パッドとを接続する際に、その応力に対して実用的に十分な強さで保持され、十分な接続安定性が得られるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の配線基板は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材上に整列して設けられた複数本の導体配線と、前記複数本の導体配線のそれぞれの上に形成された突起電極とを備えた配線基板において、前記導体配線の表面の前記突起電極の形成領域を含む領域に導体配線より硬質な金属膜が形成され、前記突起電極は導体配線を幅方向に横切って導体配線の片側からもう片側に亘って形成されたことを特徴とする。これによれば、金属膜によって導体配線の強度が向上するため、突起電極の近傍部で起こりやすかった断線を防止できる。また突起電極が導体配線の上面だけでなく両側面にも接合されているので、突起電極に対して横方向に加わる力に抗する安定性も十分である。その一方で突起電極の表面には硬質な金属膜は形成していないので、突起電極は容易に大きく変形可能であり、接続対象の電極パッドに良好に接続可能である。

導体配線が銅で形成されている時には、金属膜はニッケル、錫、またはパラジウムで形成されていてよい。
導体配線の幅方向における突起電極の断面形状が、中央部が両側よりも高い中高形状であるのが好ましい。半導体素子の電極パッドとの接続を好適に行えるからである。

導体配線および突起電極の表面にこれらと異なる金属でめっきが施されるのが好ましい。導体配線および突起電極の表面に施されるめっきは金めっきであってよい。
本発明の配線基板の製造方法は、複数本の導体配線が整列して設けられた絶縁性基材上にフォトレジストを形成する工程と、前記フォトレジストに各導体配線の一部とその両側の絶縁性基材面とを露出させる開口部を形成する工程と、前記フォトレジストの開口部を通して各導体配線の露出部に金属めっきを施して導体配線より硬質な金属膜を形成する工程と、各導体配線に金属膜を有した絶縁性基材上にフォトレジストを形成する工程と、前記フォトレジストに各導体配線上の金属膜の一部とその両側の絶縁性基材面とを露出させる開口部を形成する工程と、前記フォトレジストの開口部を通して各金属膜の露出部に金属めっきを施して突起電極を形成する工程とを行うことを特徴とする。この方法によれば、上述のような良好な状態の突起電極を容易に形成可能であり、またフォトレジストに形成される開口部と導体配線との位置合わせの精度が低くとも、突起電極を導体配線上に十分な面積で確実に形成することが可能である。

突起電極の形成に用いたフォトレジストの開口部を通して、導体配線および突起電極の表面にこれらと異なる金属でめっきを施すのが好ましい。
本発明の半導体装置は、上記した配線基板と半導体素子とを備え、前記配線基板の導体配線上の突起電極と前記半導体素子の電極パッドとが接続されたことを特徴とする。

上記した配線基板上に半導体素子を実装して半導体装置を製造する際に、前記配線基板の導体配線上の突起電極と前記半導体素子の電極パッドとを当接させて接続させることを特徴とする。当接部を押圧しながら超音波を印加して接続させるのが好ましい。

本発明の配線基板は、導体配線の表面に前記導体配線より硬質な金属膜を形成しているので、突起電極近傍部などの導体配線の強度が向上し、超音波接続時の応力にも十分耐え得る。その一方で突起電極の表面には硬質な金属膜は形成していないので、突起電極は容易に大きく変形可能であり、高さばらつきが発生した場合もレべリングされ、接続対象の電極パッドに良好に接続可能である。つまり高い突起電極が電極パッドに接続しながら低背化されるので、低い突起電極も電極パッドに接続することになる。よって半導体素子との接続の安定性を確保することができ、半導体装置を良好に構成できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明の一実施形態における配線基板の一部を示す斜視図、図２（ａ）は同配線基板の一部を示す平面図、図２（ｂ）（ｃ）はそれぞれ、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。この配線基板は、ＣＯＦなどに用いられるテープキャリア基板であり、先に図７を用いて説明した従来のものと同様の部材に図７と同じ符号を付して説明する。

図１および図２において、テープキャリア基板１は、絶縁性のフィルム基材４と、その上に整列して設けられた複数本の導体配線５と、各導体配線５の上に形成された突起電極７とを備えている。

フィルム基材４としては一般にポリイミドが用いられる。必要に応じて、ＰＥＴ、ＰＥＩ等の絶縁フィルム材料を用いてもよい。導体配線５は通常、銅を用いて、厚み３〜２０μｍの範囲で形成される。必要に応じて、フィルム基材４と導体配線５との間にエポキシ系の接着剤を介在させてもよい。導体配線５は、先端部に他の領域よりも幅の狭い領域を有し、その幅の狭い領域に突起電極７が形成されていることが好ましい。

導体配線５の表面には、突起電極７の形成領域よりも広い領域にわたって、導体配線５よりも硬質な金属よりなる硬質金属膜１１が形成されている。この硬質金属膜１１は、ニッケル、錫、パラジウム等を用いて、例えばめっき法にて形成される。硬質金属膜１１が存在することにより、導体配線５の強度が向上する。導体配線５の電極近傍部５ａの強度が向上し、超音波接続時の応力にも十分耐え得る。

突起電極７は通常、銅などを用いて、厚み３〜２０μｍの範囲で形成される。また突起電極７は、導体配線５の所定部分に跨がるように形成される。つまり突起電極７は、図２（ａ）に示すように、導体配線５を幅方向に横切って導体配線５の片側からもう片側に亘って形成されている。横切る方向は、導体配線５の長手方向（長さ方向）に対して直交する方向であり、この方向が好ましい。導体配線５の長さ方向における突起電極７の断面は、図２（ｂ）に示すように実質的に長方形である。導体配線５の幅方向における突起電極７の断面形状は、図２（ｃ）に示すように、導体配線５の上面および両側面に接合された逆凹形であり、且つ中央部が両側よりも高くなった中高形状である。突起電極７の厚みは、導体配線５の上面から上方への厚みの方が、導体配線５の側面から横方向への厚みよりも大きい。突起電極７は導体配線５の両側でフィルム基材４の表面に接している。

突起電極７が上述した形状とされていることにより、当該突起電極７は実用的に十分な強さで導体配線５上に保持される。まず、突起電極７は導体配線５の上面だけではなく両側面にも接合されているので、横方向に加わる力に対する安定性が十分である。また突起電極７は平坦な上面を持つのでなく中高であるため、半導体素子２の電極パッド６と適切に接続される。第１に、突起電極７と電極パッド６との位置合わせにずれがあっても、上面が平坦である場合と比べて、突起電極７は隣接する不適当な電極パッド６と接続され難い。第２に、突起電極７と電極パッド６とを接続させる際に、突起電極７の凸状の上面によって電極パッド６の表面に清浄面を露出させることができ、良好な電気的接続が得られる。第３に、突起電極７と電極パッド６との接続を、半導体素子２とテープキャリア基板１との間に樹脂層を介在させた状態で行う場合、突起電極７の凸状の上面によって樹脂層を容易に排除することができる。

ただし、以上の効果を得るためには、上述したように突起電極７が導体配線５の両側でフィルム基材４の表面に接するように形成されていることは必須ではない。しかしこのような構造を有することで、横方向に加わる力に対して最も安定して導体配線５に保持される。また導体配線５の長さ方向における突起電極７の断面が実質的に長方形であることも必須ではない。しかしこのような構造は、半導体素子２の電極パッド６との接続性能が最も良好になるものであり、しかも製造が容易である。さらに、突起電極７の導体配線５上面から上方への厚みが導体配線５側面から横方向への厚みよりも大きいことも必須ではない。しかしこのような構造は、テープキャリア基板１のうねり等による導体配線５と半導体素子２との間のショートを抑制し、且つ隣接する導体配線５上の突起電極７とのショートを回避するために効果的である。この形状は、めっきを用いた製造方法により形成される。

突起電極７に銅を用いる場合には、突起電極７と導体配線５とに金属めっき、例えば金めっき等の軟質な金属めっきを施すことが望ましい。突起電極７の高さばらつきをより吸収し易くするためである。このめっき層は、先に図１１を用いて説明しためっき層１０と同等の形状となるので図１１を援用する。ただし突起電極７の周囲に位置する硬質金属膜１１上にもめっき層１０が形成されることになる。

上記したテープキャリア基板１の製造方法について説明する。図３、図４はテープキャリア基板の製造工程図であり、各図における左列はそれぞれ同テープキャリア基板の半導体素子搭載部の平面図、右列はそれぞれ左列の半導体素子搭載部に対応する拡大断面図（図３（ａ１）におけるＣ−Ｃ位置での断面）として示している。

まず、図３（ａ１）（ａ２）に示すように、複数の導体配線５が表面に整列して形成されたフィルム基材４を用意する。ここでは矩形のフィルム基材４の４辺のそれぞれに沿って複数の導体配線５が配列されており、各導体配線５の延びる方向は対応する辺と直交する方向である。

このフィルム基材４の全面に、図３（ｂ１）（ｂ２）に示すように、フォトレジスト１２を形成する。次に図３（ｃ１）（ｃ２）に示すように、フィルム基材４に形成されたフォトレジスト１２の上部に、複数の導体配線５の電極形成領域にめっきを施すための露光マスク１３を対向させ、その光透過領域１３ａを通してフォトレジスト１２を露光する。光透過領域１３ａは、複数の導体配線５の整列方向に沿って複数の導体配線５を横切るように、かつ複数の導体配線５のそれぞれの所定の電極形成領域よりも配線幅方向および配線長さ方向に広い領域を含むように設定されており、ここではフィルム基材４の中央部に対応する四角孔形状に設定されている。

その後に現像することにより、図３（ｄ１）（ｄ２）に示すように、フォトレジスト１２に光透過領域１３ａに対応する開口部１２ａを形成して各導体配線５の一部を露出させる。次に、フォトレジスト１２の開口部１２ａを通して、各導体配線５の露出部分にニッケルなどの硬質金属のめっきを施して、図３（ｅ１）（ｅ２）に示すような硬質金属膜１１を形成する。

図３（ｆ１）（ｆ２）に示すように、フィルム基材４の全面に再びフォトレジスト１２を形成する。次に図４（ａ１）（ａ２）に示すように、フィルム基材４に形成されたフォトレジスト１２の上部に、突起電極７を形成するための露光マスク１５を対向させ、その光透過領域１５ａを通してフォトレジスト１２を露光する。光透過領域１５ａは、複数の導体配線５の整列方向に沿って複数の導体配線５（および硬質金属膜１１）を横切るように延びた矩形の長孔が繋がった四角枠形状である。

その後に現像することにより、図４（ｂ１）（ｂ２）に示すように、フォトレジスト１２に光透過領域１５ａに対応する四角枠形状の開口部１２ｂを形成して各導体配線５上の硬質金属膜１１の一部を露出させる。次に四角枠形状の開口部１２ｂを通して各導体配線５上の硬質金属膜１１の露出部分に金属めっきを施すことにより、図４（ｃ１）（ｃ２）に示すように、突起電極７を形成する。

最後にフォトレジスト１２を除去することにより、図４（ｄ１）（ｄ２）に示すような、導体配線５上に硬質金属膜１１を介して突起電極７が形成されたテープキャリア基板１を得る。

以上の方法によれば、図４（ｃ１）（ｃ２）に示した工程で、複数の導体配線５を横切る長孔が繋がった開口部１２ｂを通して金属めっきを施すようにしたことにより、突起電極７を図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したような形状に形成することができる。導体配線５の上面のみでなく側面も露出した状態でその露出面全体に亘って金属めっきが形成されるからである。

その際に金属めっきは導体配線５の上面および側面に成長するので、開口部１２ｂが導体配線５の幅方向に位置ずれしても一定の形状・寸法に形成され、設計された条件を満足することができる。このことは、開口部１２ｂを形成するための露光マスク１５の位置合わせに厳密な精度を必要とせず、調整が容易であることを意味する。

開口部１２ｂが導体配線５の長さ方向に位置ずれしても、当該開口部１２ｂは上述した光透過領域１３ａによって電極形成領域よりも配線長さ方向に広い領域の硬質金属膜１１を露出させるように形成されるので、突起電極７が硬質金属膜１１からずれることはない。

突起電極７を銅で形成する金属めっきの一例としては、めっき液として硫酸銅を用い、０．３〜５Ａ／ｄｍ２の条件で電解めっきを行う。電解めっきは、突起電極７を図２（ｃ）に示したような断面形状かつ十分な厚みを持たせて形成するために好適な方法である。

上記したテープキャリア基板１上に半導体素子２を実装して半導体装置を製造する方法について説明する。
第１の方法では、図５（ａ）に示すように、テープキャリア基板１と半導体素子２とを位置合わせして対向させ、ボンディングツール１６により互いに向かって押圧して、突起電極７と電極パッド６とを当接させながら、その当接部にボンディングツール１６を介して超音波を印加することにより、突起電極７と電極パッド６とを接合させる。接合後に、図５（ｂ）に示すように、テープキャリア基板１と半導体素子２との間に封止樹脂３を配置する。

その際に、上述したように導体配線５の強度が硬質金属膜１１によって高められているため、断線が防止される。また突起電極７の凸状の先端部が電極パッド６の表面層に当接した状態で振動するため、電極パッド６の清浄面を露出させる効果が顕著になり、良好に接合される。

第２の方法では、図６（ａ）に示すように、テープキャリア基板１の突起電極７の形成領域を覆って封止樹脂６を配置したうえで、テープキャリア基板１と半導体素子２とを位置合わせして対向させる。その後に図６（ｂ）に示すように、ボンディングツール１６により互いに向かって押圧して、互いの突起電極７と電極パッド６とを当接させ、その当接部にボンディングツール１６を介して超音波を印加することにより突起電極７と電極パッド６とを接合させ、それと同時に封止樹脂の仮硬化を完了させる。

この方法でも、上述したように導体配線５の強度が硬質金属膜１１によって高められているため、断線が防止される。また突起電極７が中高で凸状であるため、封止樹脂６が突起電極７の両脇に効果的に排除され、突起電極７と電極パッド６とが容易に当接する。

本発明の配線基板は、半導体素子の電極パッドの狭ピッチ化に適合させるべく導体配線を幅狭くしてもその強度の低下を抑えることができ、実装のために超音波を印加しても断線を生じ難く、十分な接続安定性が確保される。よって、この半導体装置を用いて、画像表示パネル等へ搭載する半導体装置などを構成することができる。

本発明の一実施形態の配線基板たるテープキャリア基板の一部を示す斜視図 同テープキャリア基板の一部を示す平面図および断面図 同テープキャリア基板を製造する前半工程を示した製造工程図 同テープキャリア基板を製造する後半工程を示した製造工程図 同テープキャリア基板上に半導体素子を実装して半導体装置を製造する第１の方法を示す工程断面図 同テープキャリア基板上に半導体素子を実装して半導体装置を製造する第２の方法を示す工程断面図 従来のテープキャリア基板を用いた半導体装置の断面図 図７のテープキャリア基板の一部を示す平面図および断面図 図７のテープキャリア基板の突起電極と半導体素子の電極パッドとの接続部分を示す平面図および断面図 図７のテープキャリア基板の突起電極と半導体素子の電極パッドとの接続部分の断線を示す断面図 従来の他のテープキャリア基板の一部を示す断面図 図１１のテープキャリア基板の突起電極と半導体素子の電極パッドとの接続状態を示す断面図

符号の説明

１ テープキャリア基板（配線基板）
２ 半導体素子
３ 封止樹脂
４ フィルム基材（絶縁性基材）
５ 導体配線
５a 導体配線の電極近傍部
６ 電極パッド
７ 突起電極
８ 金属めっき皮膜
９ ソルダーレジスト
10 めっき層
11 硬質金属膜
12 フォトレジスト
12a,12b 開口部
13 導体配線めっき用の露光マスク
13a 光透過領域
15 突起電極形成用の露光マスク
15a 光透過領域
16 ボンディングツール

Claims (10)

1. 絶縁性基材と、前記絶縁性基材上に整列して設けられた複数本の導体配線と、前記複数本の導体配線のそれぞれの上に形成された突起電極とを備えた配線基板において、
   前記導体配線の表面の前記突起電極の形成領域を含む領域に導体配線より硬質な金属膜が形成され、前記突起電極は導体配線を幅方向に横切って導体配線の片側からもう片側に亘って形成された配線基板。
2. 導体配線が銅で形成され、金属膜がニッケル、錫、またはパラジウムで形成された請求項１記載の配線基板。
3. 導体配線の幅方向における突起電極の断面形状が、中央部が両側よりも高い中高形状である請求項１記載の配線基板。
4. 導体配線および突起電極の表面にこれらと異なる金属でめっきが施された請求項１または請求項２のいずれかに記載の配線基板。
5. 導体配線および突起電極の表面に施されためっきが金めっきである請求項４記載の配線基板。
6. 複数本の導体配線が整列して設けられた絶縁性基材上にフォトレジストを形成する工程と、
   前記フォトレジストに各導体配線の一部とその両側の絶縁性基材面とを露出させる開口部を形成する工程と、
   前記フォトレジストの開口部を通して各導体配線の露出部に金属めっきを施して導体配線より硬質な金属膜を形成する工程と、
   各導体配線に金属膜を有した絶縁性基材上にフォトレジストを形成する工程と、
   前記フォトレジストに各導体配線上の金属膜の一部とその両側の絶縁性基材面とを露出させる開口部を形成する工程と、
   前記フォトレジストの開口部を通して各金属膜の露出部に金属めっきを施して突起電極を形成する工程と
   を行う配線基板の製造方法。
7. 突起電極の形成に用いたフォトレジストの開口部を通して、導体配線および突起電極の表面にこれらと異なる金属でめっきを施す請求項６記載の配線基板の製造方法。
8. 請求項１記載の配線基板と半導体素子とを備え、前記配線基板の導体配線上の突起電極と前記半導体素子の電極パッドとが接続された半導体装置。
9. 請求項１記載の配線基板上に半導体素子を実装して半導体装置を製造する際に、
   前記配線基板の導体配線上の突起電極と前記半導体素子の電極パッドとを当接させて接続させる半導体装置の製造方法。
10. 当接部を押圧しながら超音波を印加して接続させる請求項９記載の半導体装置の製造方法。

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