JP2008112838A - 配線基板およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの上昇や工程の複雑化を伴わずに、導体配線上に絶縁信頼性の高い中高形状の突起電極を有する配線基板を提供する。
【解決手段】絶縁性基材１と、絶縁性基材上に整列して設けられた複数本の導体配線２と、各導体配線にめっきにより形成された突起電極３を備え、突起電極は、導体配線の長手方向を横切って導体配線の両側の絶縁基材上の領域に亘り形成され、突起電極の導体配線の幅方向の断面形状は、中央部が両側よりも高い。絶縁性基材の領域に掛かる部分の突起電極の底面が絶縁性基材と接触しておらず、配線間隔の減少による絶縁信頼性の低下を回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばテープキャリア基板のような、柔軟な絶縁性の基材上に導体配線を設け、その導体配線上に接続用の突起電極を形成した構成を有する配線基板、およびその製造方法に関する。

テープキャリア基板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。ＣＯＦは、テープキャリア基板上に半導体素子を搭載し、樹脂で封止することにより搭載部を保護した構造を有する。ＣＯＦに用いられるテープキャリア基板は、絶縁性のフィルム基材と、その面上に形成された多数本の導体配線から構成される。フィルム基材としては一般的にポリイミドが、導体配線としては銅が使用される。必要に応じて導体配線上には、金属めっき被膜および絶縁樹脂であるソルダーレジストの層が形成される。テープキャリア基板上の導体配線と半導体素子の電極パッドは、突起電極を介して接続される。特許文献１には、この突起電極をあらかじめ導体配線上に形成したテープキャリア基板が開示されている。

特許文献１に記載されたテープキャリア基板の構造について、図７を参照して説明する。図７（ａ）は、テープキャリア基板の一部を示す斜視図である。フィルム基材１の上に、複数本の導体配線２が整列して設けられ、各導体配線２上に突起電極３ｂが形成されている。突起電極３ｂの平面形状は、導体配線２を横切って導体配線２の両側の領域に亘っている。図７（ｂ）は、図７（ａ）における突起電極３ｂの位置で導体配線２を横切る方向に沿った断面図である。導体配線２の幅方向における突起電極３ｂの断面形状は、導体配線２の上面および両側面に接合され、中央部が両側よりも高くなった中高形状である。また突起電極３ｂは、導体配線２の両側部でフィルム基材１の面に接するように形成されている。

また、突起電極３ｂの上面が平坦ではなく中高であることにより、半導体素子の電極パッドとの接続に好適である。すなわち、突起電極３ｂと電極パッド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３ｂは隣接する不適当な電極パッドと接続され難い。また、電極パッドとの接続に際して、電極パッドの表面に形成された酸化膜を、突起電極３ｂの凸状の上面により容易に破砕することができ、酸化されていない内部と良好な電気的接続が得られる。

次に、図８Ａ、８Ｂを参照して、特許文献１に記載された、上記構成のテープキャリア基板の製造方法について説明する。図８Ａ、８Ｂの（ａ１）〜（ｆ１）は、テープキャリア基板における突起電極を形成する製造工程を示し、半導体素子搭載部の平面図である。図８Ａ、８Ｂの（ａ２）〜（ｆ２）は各々、（ａ１）〜（ｆ１）の拡大断面図である。各断面図は、図８Ａ（ａ１）におけるＸ−Ｘに相当する位置での断面を示す。

まず、図８Ａ（ａ１）に示すように、複数の導体配線２が表面に整列して形成されたフィルム基材１を用意する。このフィルム基材１の全面に、図８Ａ（ｂ１）に示すように、フォトレジスト４を形成する。次に図８Ａ（ｃ１）に示すように、フィルム基材１に形成されたフォトレジスト４の上部に、突起電極形成用の露光マスク６を対向させる。露光マスク６の光透過領域６ａは、複数の導体配線２の整列方向に、複数の導体配線２を横切るように連続した長孔形状を有する。

露光マスク６の光透過領域６ａを通して露光し、現像することにより、図８Ｂ（ｄ１）に示すように、フォトレジスト４に、導体配線２を横切る長孔状パターン４ａが開口される。それにより長孔状パターン４ａ中に、導体配線２の一部が露出する。次に、フォトレジスト４の長孔状パターン４ａを通して、導体配線２の露出した部分に金属めっきを施して、図８Ｂ（ｅ１）に示すように突起電極３ｂを形成する。次に、フォトレジスト４を除去すれば、図８Ｂ（ｆ１）に示すように、導体配線２に突起電極３ｂが形成されたテープキャリア基板５が得られる。

このように、フォトレジスト４に形成された長孔状パターン４ａを通して導体配線２の露出した部分に金属めっきを施すことにより、図７（ａ）に示したような形状の突起電極３ｂを、容易に形成することができる。これは、図８Ｂ（ｅ１）の工程で、導体配線２の上面のみでなく側面も露出しており、導体配線２の露出面全体に亘ってめっきが形成されるからである。

ところで、テープキャリア基板は、例えば、液晶パネル等の表示パネル駆動用半導体素子の実装に用いられる。駆動用半導体素子は１０〜１００ボルト程度の高電圧で駆動される。応答速度向上、高輝度化等の観点から駆動電圧は近年さらに上昇する傾向にあり、絶縁信頼性の確保が大きな課題となる。

一般的にはテープキャリア基板の腐食は以下のような機構によるものといわれている。
（１）封止樹脂と絶縁性基材界面に水分が浸透し封止樹脂内の不純物イオンを溶出する。
（２）この界面が電位差を有する導体配線間の電気伝導の経路となり導体配線の腐食（金属イオンの溶出と析出）を進行させる。

このような機構を想定した場合、絶縁信頼性を確保するためには導体配線間の距離を大きくし、導体配線間の腐食経路を抑制する必要がある。

しかし、配線基板上に突起電極を形成する場合には、露光装置精度等の課題から、図９（ａ）のような導体配線２に対して正確な位置に突起電極３ｃが形成された配線基板を得ることは困難である。したがって、図９（ｂ）に示すように、導体配線２の側面部に亘り突起電極３ｄが形成される場合がある。

突起電極３ｄが、図９（ｂ）に示すように絶縁性基材１の領域に亘って形成された場合には、突起電極３ｄと導体配線２の間隔Ｄ３'が、導体配線２間の間隔Ｄ３と比して小さくなってしまい、絶縁信頼性が悪化する懸念がある。

これに対して特許文献２には、導体配線と同一幅の突起電極を、位置ずれなく配線基板上に形成する方法が記載されている。すなわち、突起電極を形成するためのレジスト開口部の形成工程を２段階で行うことで、配線幅と完全に一致した突起電極を形成する方法である。

まず、配線パターンが表面に形成された光透過性の配線基板にネガ型のレジストを形成し、配線基板の裏面から露光することにより、レジストを配線パターンで遮光た状態で第１の露光部を形成する。次にレジストを表面から、配線パターンよりも幅広い遮光部を突起電極に対応する位置に有する遮光マスクで遮光して第２の露光部を形成する。その後、レジストを現像して、未露光部に対応する開口部を形成し、電解めっきを行なって、配線パターン上に突起電極を形成する。この方法によれば、露光精度に依存することなく、配線パターンと同一幅の未露光部を残し、開口部となすことができるので、配線パターンの幅に完全に一致した突起電極を形成することができる。
特開２００４−３２７９３６号公報 特開２００５−３２７７５６号公報

しかしながら、特許文献１記載のような中高の接続性の高い突起電極形状を維持しつつ、特許文献２記載のように突起電極の間隔を導体配線幅と同程度とすることは困難である。

高精度の露光装置を用い、突起電極の形成工程を複数回に分割することで配線幅と一致した中高の突起電極を形成することは可能であるが、工程の複雑化および高コスト化が課題となる。

そこで本発明は、コストの上昇や工程の複雑化を伴わずに、導体配線上に絶縁信頼性の高い中高形状の突起電極を有する配線基板を提供することを目的とする。

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、前記各導体配線にめっきにより形成された突起電極を備え、前記突起電極は、前記導体配線の長手方向を横切って前記導体配線の両側の前記絶縁基材上の領域に亘り形成され、前記突起電極の前記導体配線の幅方向の断面形状は、中央部が両側よりも高くなっており、前記絶縁性基材の領域に掛かる部分の前記突起電極の底面が前記絶縁性基材と接触していないことを特徴とする。

本発明の配線基板の製造方法は、複数本の導体配線を絶縁性基材上に整列して設ける工程と、前記絶縁性基材の前記導体配線が設けられた面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、前記導体配線を横切って前記導体配線の両側の領域に広がる開口部を形成して、前記開口部中に前記導体配線の一部を露出させる工程と、前記露出した前記導体配線の一部に電解めっきにより金属めっきを施して突起電極を形成する工程とを備えており、前記フォトレジストに、前記導体配線を横切って前記導体配線の両側の領域に広がる開口部を形成する際、前記開口部の前記導体配線を露出し、前記開口部の前記絶縁性基材は前記フォトレジストにより被覆された状態とすることを特徴とする。

上記配線基板の構成によれば、中高の形状を有する突起電極が得られると同時に、絶縁性基材と封止樹脂の接触面に対する導体配線間の距離が突起電極により減少することがなく、高い絶縁信頼性を得ることが出来る。また、本発明を適用する際にはフォトレジストの露光条件等を変更するのみでよく、コストの上昇や工程の複雑化を伴わずに前記特性を有する配線基板が得られる。

上記配線基板の製造方法によれば、突起電極が中高の形状を有し、かつ、底面が絶縁性基材と接触していない配線基板を容易に形成することができる。

本発明の配線基板において、前記突起電極が前記導体配線の側面部と接していない構成とすることが出来る。

本発明の配線基板の製造方法において、前記開口部を形成する際、前記導体配線の上面部は露出されており、前記導体配線の側面部は前記フォトレジストにより被覆された状態としてもよい。

本発明の半導体装置は、上記いずれかの構成の本発明の配線基板と、前記配線基板上に搭載された半導体素子とを備え、前記突起電極を介して、前記半導体素子の電極パッドと前記導体配線とが接続された構成を有する。

前記半導体素子の電極パッドは、前記半導体素子の表面に形成された絶縁膜が開口された底部に位置する構成とすることができる。

本発明の半導体装置の製造方法は、上記いずれかの構成の本発明の配線基板を用い、前記配線基板上に半導体素子を載置し、前記半導体素子の電極パッドと前記突起電極とを接続することにより、前記突起電極を介して、前記半導体素子の電極パッドと前記導体配線とを接続する工程により行われる。

前記半導体素子の電極パッドの表面の酸化膜を前記突起電極によって破砕して、前記突起電極と前記半導体素子の電極の内部の酸化されていない部分とを接続することが好ましい。

また、前記導体配線上の前記突起電極が形成された領域を覆うように封止樹脂を形成後、前記配線基板上に前記半導体素子を載置し、前記半導体素子の電極パッドと前記突起電極とを接続することができる。

また、前記半導体素子の電極パッドと前記突起電極とを接続する際に、両者を互いに当接させ押圧しながら、当接部に超音波を印加することが好ましい。

以下に、本発明の実施の形態における配線基板であるテープキャリア基板について、図面を参照して説明する。実施の形態におけるテープキャリア基板の基本的な構造は、上述の従来例と同様であり、同様の要素については同一の参照符号を付して説明を簡略化する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるテープキャリア基板の一部を示す断面図である。図１に示すように、絶縁性のフィルム基材１の上には、複数本の導体配線２が整列して設けられ、各導体配線２の先端部に突起電極３が形成されている。従来例と同様に、突起電極３は、導体配線２の長手方向を横切って導体配線２の両側のフィルム基材１上の領域に亘り形成されている。突起電極３の導体配線２の幅方向における断面形状は、中央部が両側よりも高くなっている。

但し、突起電極３の両側下部はフィルム基材１と接触しておらず、フィルム基材１の表面での配線間隔Ｄ１は導体配線２の配線形状と一致している。したがって、配線間隔Ｄ１が、図７（ａ）における配線間隔Ｄ２と比して大きくなるように改善されているため、このテープキャリア基板は絶縁信頼性が向上する。

図２Ａ、図２Ｂを参照して、本実施の形態におけるテープキャリア基板の製造法について説明する。図２Ａ（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態におけるテープキャリア基板の製造工程を示す断面図である。図２Ｂは、図２Ａの（ｂ）の製造工程に対応した斜視図である。

まず図２Ａ（ａ）に示すように、複数の導体配線２が形成されたフィルム基材１上の全面にフォトレジスト４を形成する。フィルム基材１上の導体配線２は、例えば、厚さ８μｍの銅から成り、ウエットエッチングにより配線パターンが形成される。ウエットエッチングでは等方向にエッチングが進行するため、銅箔横方向へもエッチングが進行（サイドエッチ）して、導体配線２の断面形状を略台形とすることができる。

次に、図２Ａ（ｂ）および図２Ｂに示すように、フォトレジスト４に導体配線２を横切る長孔状のパターン４ａを形成する。長孔状パターン４ａ内のフィルム基材１表面には、フォトレジスト４が残留するようにする。すなわち、長孔状パターン４ａ内の導体配線２は、上面もしくは上面および側面の一部が露出した状態となる。

次に、図２Ａ（ｃ）に示すように長孔状パターン４ａ内の導体配線２の露出部に金属めっきを施し、突起電極３を形成する。最後にフォトレジスト４を除去することで、図２Ａ（ｄ）に示すようなテープキャリア基板５が得られる。

なお、長孔状パターン４ａを形成する際に導体配線２の上面のみを露出させた場合には、図３に示す形状の突起電極３ａが得られる。

電解めっきでは導体配線２の露出部に対しては等方向にめっき成長がおこるため、突起電極３の導体配線２の幅方向における断面形状は、中央部が両側よりも高い形状が保持される。半導体素子の電極パッドと接続に寄与する突起電極２の頭頂部の形状を維持しつつ、導体配線２側面部からのめっき成長を抑制することで、接続性を低下させること無く絶縁信頼性の高い配線基板が得られる。

前述したように、導体配線２の断面が略台形の形状である場合には、図１における突起電極間隔Ｌが、図７（ａ）における突起電極間隔（＝配線間隔Ｄ２）と比べて大きくなり、絶縁信頼性の観点からはさらに良好な配線基板が得られる。

（実施の形態２）
図４を参照して、実施の形態２における半導体装置について説明する。テープキャリア基板５は、上述の実施の形態１に記載されたように、フィルム基材１の上に配置された複数本の導体配線２に各々突起電極３が形成された構成を有する。突起電極３は、導体配線２を横切って導体配線２の両側の領域に亘って形成され、導体配線２の幅方向における断面形状は、中央部が両側よりも高くなった中高である。また、突起電極３の両側下部はフィルム基材１と接触しておらず、フィルム基材１の表面での配線間隔は導体配線２の配線形状と一致している。

テープキャリア基板５上に実装された半導体素子１０の電極パッド１１は、半導体素子１０の表面に形成された絶縁膜１２が開口された底部に位置されている。その電極パッド１１に突起電極３が接続され、テープキャリア基板５と半導体素子１０の間には、封止樹脂１３が充填されている。

次に、図５を参照して、上記構成の半導体装置の製造方法について説明する。この半導体装置の製造に際しては、図５（ａ）に示すように、実施の形態１における製造方法により作製されたテープキャリア基板５上に半導体素子１０を搭載し、図５（ｂ）に示すように、ボンディングツール１４により押圧・加熱を行い、電極パッド１１と突起電極３を互いに接合する。その際、ボンディングツール１４を介して超音波を印加することが望ましい。それにより、突起電極３の凸状に形成された先端が、電極パッド２７の表面層の酸化膜に当接して振動するための、酸化膜を破砕する効果が顕著になる。接合完了後、封止樹脂１３を充填すれば、図４に示したような半導体装置が作製される。

また、図６に示すような方法を用いることもできる。すなわち、図６（ａ）に示すように、テープキャリア基板５の突起電極３が形成された領域を覆って封止樹脂１３を充填する。次に、半導体素子１０とテープキャリア基板５を対向させ、両者を互いに向かって押圧して、図６（ｂ）に示すように、電極パッド１１に突起電極３を当接させる。その際、中高で凸状である突起電極３の上面により、封止樹脂１３が両脇に効果的に排除されて、突起電極３と電極パッド１１を容易に当接させることができる。さらに、ボンディングツール１４により押圧・加熱を行い、電極パッド１１と突起電極３を互いに接合する。その際にも、ボンディングツール１４を介して超音波を印加することが望ましい。

本発明は、複雑な工程を必要とせずに、接続性と絶縁信頼性が良好な配線基板が得られるため、ＣＯＦ等に用いるテープキャリア基板に対して有用である。

本発明の実施の形態１におけるテープキャリア基板を示す断面図 同テープキャリア基板の製造方法の工程を示す断面図 図２Ａの（ｂ）の工程に対応した斜視図 実施の形態１におけるテープキャリア基板の他の例を示す断面図 実施の形態２における半導体装置を示す断面図 同半導体装置の製造方法を示す断面図 同半導体装置の製造方法の他の例を示す断面図 （ａ）は従来例のテープキャリア基板を示す斜視図、（ｂ）はその断面図 従来例のテープキャリア基板の製造方法の工程を示し、（ａ１）〜（ｃ１）は、突起電極を形成する製造工程における、フィルム基材上の半導体素子搭載部の平面図、（ａ２）〜（ｃ２）は各々、（ａ１）〜（ｃ１）の拡大断面図 図８Ａに続く工程を示し、（ｄ１）〜（ｆ１）は、フィルム基材上の半導体素子搭載部の平面図、（ｄ２）〜（ｆ２）は各々、（ｄ１）〜（ｆ１）の拡大断面図 従来のテープキャリア基板を示し、（ａ）は通常の形状、（ｂ）は露光位置ずれが発生した場合の形状を示す断面図

符号の説明

１ フィルム基材
２ 導体配線
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 突起電極
４ フォトレジスト
４ａ 長孔状パターン
５ テープキャリア基板
６ 露光マスク
６ａ 光透過領域
１０ 半導体素子
１１ 電極パッド
１２ 絶縁膜
１３ 封止樹脂
１４ ボンディングツール
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 配線間隔
Ｌ 突起電極間隔

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、
   前記各導体配線にめっきにより形成された突起電極を備え、
   前記突起電極は、前記導体配線の長手方向を横切って前記導体配線の両側の前記絶縁基材上の領域に亘り形成され、
   前記突起電極の前記導体配線の幅方向の断面形状は、中央部が両側よりも高くなっている配線基板において、
   前記絶縁性基材の領域に掛かる部分の前記突起電極の底面が前記絶縁性基材と接触していないことを特徴とする配線基板。
2. 前記突起電極が前記導体配線の側面部と接していない請求項1記載の配線基板。
3. 複数本の導体配線を絶縁性基材上に整列して設ける工程と、
   前記絶縁性基材の前記導体配線が設けられた面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、前記導体配線を横切って前記導体配線の両側の領域に広がる開口部を形成して、前記開口部中に前記導体配線の一部を露出させる工程と、
   前記露出した前記導体配線の一部に電解めっきにより金属めっきを施して突起電極を形成する工程とを備えた配線基板の製造方法において、
   前記フォトレジストに、前記導体配線を横切って前記導体配線の両側の領域に広がる開口部を形成する際、前記開口部の前記導体配線を露出し、前記開口部の前記絶縁性基材は前記フォトレジストにより被覆された状態とすることを特徴とする配線基板の製造方法。
4. 前記開口部を形成する際、前記導体配線の上面部は露出されており、前記導体配線の側面部は前記フォトレジストにより被覆された状態とする請求項３記載の配線基板の製造方法。
5. 請求項１または２に記載の配線基板と、前記配線基板上に搭載された半導体素子とを備え、前記突起電極を介して、前記半導体素子の電極パッドと前記導体配線とが接続された半導体装置。
6. 前記半導体素子の電極パッドは、前記半導体素子の表面に形成された絶縁膜が開口された底部に位置する請求項５に記載の半導体装置。
7. 請求項１または２に記載の配線基板を用い、前記配線基板上に半導体素子を載置し、前記半導体素子の電極パッドと前記突起電極とを接続することにより、前記突起電極を介して、前記半導体素子の電極パッドと前記導体配線とを接続する半導体装置の製造方法。
8. 前記半導体素子の電極パッドの表面の酸化膜を前記突起電極によって破砕して、前記突起電極と前記半導体素子の電極の内部の酸化されていない部分とを接続する請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記導体配線上の前記突起電極が形成された領域を覆うように封止樹脂を形成後、前記配線基板上に前記半導体素子を載置し、前記半導体素子の電極パッドと前記突起電極とを接続する請求項７または請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記半導体素子の電極パッドと前記突起電極とを接続する際に、両者を互いに当接させ押圧しながら、当接部に超音波を印加する請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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