JP3935480B2

JP3935480B2 - フレキシブル基板製造方法

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Publication number: JP3935480B2
Application number: JP2004208476A
Authority: JP
Inventors: 英之栗田; 啓之菱沼; 亮伊藤; 雅之中村
Original assignee: Sony Chemical and Information Device Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: JP2004336072A

Description

本発明はフレキシブル基板の技術分野にかかり、特に、微細な金属バンプを形成できるフレキシブル基板製造技術に関する。

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。

図６(ａ)〜(ｄ)は、従来技術のフレキシブル基板の製造工程図である。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、ポリイミドフィルム１１１上に銅箔を貼り付けた後、銅箔をパターニングし、銅配線１１２を形成する(同図(ａ))。

次に、ポリイミドフィルム１１１表面にレーザ光１１４を照射し(同図(ｂ))、所定径の開口部１１５を開ける(同図(ｃ))。この状態では開口部１１５底部に銅配線１１２表面が露出しており、次いで、銅配線１１２裏面を樹脂フィルム１１７で保護した状態で銅メッキを行うと、開口部１１５内に銅が成長し、金属バンプ１１６が形成される。

そのフレキシブル基板１１０にチップ状態の半導体素子を実装する場合、金属バンプ１１６上に異方導電性フィルムを配置し、半導体素子のボンディングパッドを、異方導電性フィルムを介して金属バンプ１１６に当接させ、圧着すると、半導体素子内部の回路は、異方導電性フィルム及び金属バンプ１１６を介して、銅配線１１２に接続される。

上記のようなフレキシブル基板１１０の場合、薄く、軽く、且つ、折り曲げ自在であることから実装の自由度が高く、近年盛んに用いられている。

しかしながら、上記のようにレーザ光１１４を用いて開口部１１５を形成する場合、開口部１１５底面に露出した金属配線１１２表面にポリイミドフィルム１１１の残渣が残ってしまう。そのため、開口部１１５を形成した後、薬液に浸漬し、残渣の除去を行っているが、開口部１１５が微細化するに従い、薬液が開口部１１５内に入りずらくなり、残渣が除去しずらくなる。

残渣が除去できない場合、開口部１１５毎に銅の析出速度が異なってしまい、均一な金属バンプ１１６を形成できなくなる。

また、堅牢なポリイミドフィルム１１１にレーザ光１１４を照射して開口部１１５を形成しているため、微細な開口部１１５(４０μｍ〜５０μｍ程度)を形成すると、開口径がばらつき、その結果、形成される金属バンプ１１６の径や高さにばらつきを生じ、半導体素子との接触不良が発生するという問題がある。

更に、近年では開口部１１５の一層の微細化が求められているが、高出力のレーザ光１１４のスポット径を絞るのが難しく、４０μｍよりも小径の開口部１１５を形成できない。

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、微細な金属バンプを精度よく形成できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、金属箔上に、露光、現像によりパターニングされたマスクフィルムを形成し、前記マスクフィルムの開口部底面に露出する前記金属箔上に金属バンプを成長させ、前記金属バンプを成長させた後、前記マスクフィルムを除去し、前記金属箔の前記金属バンプが形成されている表面に、平坦な部分が前記金属バンプの高さよりも低い樹脂原料皮膜を形成した後、前記金属バンプ先端を前記樹脂原料皮膜の平坦な部分から突き出させた状態で、前記樹脂原料皮膜の表面をエッチングし、前記金属バンプ表面を露出させるフレキシブル基板製造方法であって、前記樹脂原料皮膜のエッチング後、前記樹脂原料皮膜を硬化させ、前記樹脂原料皮膜を樹脂フィルムに変化させ、前記樹脂フィルムを形成した後、前記金属箔を裏面側から部分的にエッチングし、パターニングされた金属配線を形成するフレキシブル基板製造方法である。
請求項２記載の発明は、前記樹脂原料皮膜は、前記金属箔の前記金属バンプが形成されている表面に液状の樹脂原料を塗布して形成する請求項１記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項３記載の発明は、前記樹脂原料皮膜のエッチングは、アルカリ溶液で行う請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項４記載の発明は、前記樹脂原料の被膜は複数の被膜が積層されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項５記載の発明は、前記樹脂原料の被膜の、少なくとも最上層の被膜は熱可塑性を有する請求項４記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項６記載の発明は、前記樹脂原料皮膜のエッチングは、前記金属箔の裏面にキャリアフィルムを貼付した状態で行なう請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項７記載の発明は、前記樹脂原料にポリイミド前駆体を含有する液を用い、前記樹脂フィルムをポリイミドで構成させる請求項６記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項８記載の発明は、前記金属箔のエッチング後、前記金属配線の裏面に支持フィルムを形成し、前記金属配線を支持する請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項９記載の発明は、前記支持フィルムが有する開口の底面に前記金属配線の接続部分を露出させる請求項８記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載のフレキシブル基板製造方法で製造したフレキシブル基板の前記開口底面に露出する前記金属配線に、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法で製造したフレキシブル基板の前記金属バンプを接続するフレキシブル基板製造方法である。
請求項１１記載の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法で製造されたフレキシブル基板の前記金属バンプ上に少なくとも半導体素子を接続するフレキシブル基板製造方法である。
請求項１２記載の発明は、前記金属バンプは電解メッキ法によって成長させる請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項１３記載の発明は、前記金属バンプの前記樹脂フィルム表面からの高さは、３５μｍ以下にされている請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法である。
請求項１４記載の発明は、前記金属バンプは茸状に形成する請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載のフレキシブル基板の製造方法である。

本発明は上記のように構成されており、金属バンプを有するフレキシブル基板を製造するフレキシブル基板製造方法である。本発明では、金属箔上に露光可能なドライフィルム又はレジスト膜を貼付又は成膜し、露光、現像によってパターニングし、マスクフィルムを形成している。

そのマスクフィルムの開口部底面には金属箔が露出しており、金属箔裏面を保護した状態でメッキ液に浸漬すると、金属箔の露出部分に金属バンプが成長する。

このマスクフィルムの開口部は、フォトリソグラフ工程によって形成されているので、微細な開口部を精度よく形成することができる。従って、金属バンプの大きさ、高さも均一に成長させることができる。

次いで、金属バンプが形成されている側の金属箔表面に液状の樹脂原料を塗布し、乾燥処理等によって樹脂原料の被膜を形成した後、加熱等の硬化処理により、樹脂原料の被膜を樹脂フィルムに変化させると、微細な金属バンプが形成された側の金属箔表面を樹脂フィルムで覆うことができる。樹脂原料の被膜の厚みは、金属バンプの高さよりも薄くしておくと、特に後処理をしなくても、金属バンプ上部が樹脂フィルム表面上から突き出せる場合がある。

また、金属バンプ上端部に樹脂原料が付着している場合、硬化処理により、金属バンプ表面にも樹脂フィルムが形成されてしまうが、研磨やエッチング等によって金属バンプ表面を露出させることができる。

エッチングの場合、硬化処理を行う前の樹脂原料の被膜の状態で行うと、金属バンプ先端部が露出した状態で、樹脂フィルムを形成することができる。

このような樹脂フィルムは、可撓性を有していれば、熱硬化性のもの、熱可塑性のもの、それらを積層したもののいずれでもよい。耐久性や信頼性の面からは、樹脂原料にポリイミド前駆体を用い、硬化処理によってポリイミドフィルムを形成することが望ましい。

樹脂フィルムを形成した後、金属箔の裏面を露出させ、ドライフィルムやフォトレジスト等をマスクにしてエッチングすると、銅配線が得られる。次いで、裏面に支持フィルムを形成すると、銅配線が保護され、絶縁性が確保されたフレキシブル基板を得ることができる。

このような樹脂フィルムを形成する際、樹脂原料の被膜を積層させ、多層構造の樹脂フィルムを構成させることができる。樹脂フィルムの最上層が熱可塑性樹脂で構成されている場合には、熱可塑性樹脂フィルムは加熱すると接着性が発現するので、半導体素子等を貼付するための異方導電性フィルムが不要になる。

支持フィルムはシート状のフィルムを貼付してもよいし、前記述べたような樹脂原料液を塗布し、硬化させて形成してもよい。さらに、支持フィルムをパターニングし、金属配線の所望領域を部分的に露出させ、他のフレキシブル基板との接続部を形成したり、ワイヤーボンディングの接続部分を形成してもよい。

金属バンプは、電解メッキ法によって成長させるため、大きく成長させるほど、バンプ高さのバラツキもおおきくなる。実験では、樹脂フィルム表面上に突き出された部分の高さが４０μｍの場合、±５〜±７μｍ程度のバラツキがあるのに対し、３５μｍ以下の場合は±３μｍ程度のバラツキに納まる。半導体チップ等の可撓性のない被着体を金属バンプに接続する場合、歩留まりには、バンプ高さよりもバラツキの方が大きな影響を与える。

微細な金属バンプを精度良く形成することができる。

本発明を図面を用いて説明する。
図１(ａ)〜(ｅ)、図２(ｆ)〜(ｊ)、図３(ｋ)〜(ｎ)は、本発明のフレキシブル基板の一例の製造工程図である。

図１(ａ)を参照し、先ず、金属箔１１(ここでは厚み１８μｍの圧延銅箔を用いた)を用意し、裏面に保護フィルム１２を貼付し、表面に、紫外線露光可能なマスクフィルム(旭化成(株)製ドライフィルム：ＳＰＧ−１５２)１３を貼付する(マスクフィルム１３の貼付条件は、ここでは温度１３０℃、ラインスピード２ｍ／分で行った)(同図(ｂ))。

次に、所定パターンが形成されたガラスマスクを用いてマスクフィルム１３を露光(露光光強度１００ｍＪ)し、薬液で現像し、後述する複数の金属バンプ１６に対応する位置に、開口部１５をそれぞれ形成した(同図(ｃ))。このときの開口部１５の直径は、マスクのパターン直径が３０μ〜５０μｍの円に対し、±２．５μｍの精度、高さは±２μｍの精度で形成できた。

次に、全体を銅メッキ用の電解液に浸漬し、電流を流すと、開口部１５底面に露出した金属箔１１表面に銅が成長し、金属バンプ１６が形成された(同図(ｄ))。現像後の開口部１５の底部に露出した金属箔１１表面には残渣が無く、清浄な表面が露出しているので、多数の開口部１５上の金属バンプ１６の高さは精度良く一致させることができる。

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(同図(ｅ))。この状態では金属箔１１表面に茸形状の金属バンプ１６が直立しており、金属箔１１裏面にキャリアフィルム１８を貼付し(図２(ｆ))、次いで、金属箔１１表面にポリイミド前駆体から成る樹脂原料を塗布し、乾燥してポリイミド前駆体から成る樹脂原料の被膜２０を形成する(同図(ｇ))。

この樹脂原料の被膜２０は、金属バンプ１６上及びその近傍で盛り上がるが、金属バンプ１６から離れた位置では平坦になる。平坦な部分の厚みは金属バンプ１６の高さより薄く形成し、金属バンプ１６の先端が樹脂原料の被膜２０上の平坦な部分から突き出るようにしておく。

樹脂原料を１回塗布するだけでは、得られる樹脂原料の被膜２０が薄すぎる場合は、形成された樹脂原料の被膜２０上に、更にポリイミド前駆体から成る樹脂原料を塗布、乾燥し、樹脂原料の被膜を積層させるとよい。図(ｈ)の符号２１は、樹脂原料の被膜２０上に積層された２層目の樹脂原料の被膜を示している。ここでは、上層の樹脂原料の被膜２１は下層の樹脂原料の被膜２０と異なり、熱可塑性のものを用いている。

この状態の金属バンプ１６付近の表面顕微鏡写真を図５(ａ)に示す。また、断面顕微鏡写真を同図(ｂ)に示す。この金属バンプ１６先端部は樹脂原料の被膜２０、２１で覆われている。

次に、樹脂原料の被膜２０、２１の上方位置からアルカリ溶液をスプレーにて噴霧し、表面をエッチングする。ここでは２５℃、２０秒間の噴霧で表面を２μ〜５μｍエッチングし、金属バンプ１６先端部を露出させる(同図(ｉ))。なお、アルカリ溶液の噴霧ではなく、プラズマクリーナによるエッチングでもよい。

次に、裏面のキャリアフィルム１８を剥離した後、加熱(２８０℃１０分)すると、樹脂原料の被膜２０、２１が硬化され、金属箔１１表面に、２層構造のポリイミドフィルムから成る樹脂フィルム２３が形成される(同図(ｊ))。

この状態の金属バンプ１６の表面顕微鏡写真を図５(ｃ)に、断面顕微鏡写真を同図(ｄ)に示す。図５(ｃ)、(ｄ)では分かりにくいが、金属バンプ１６先端部表面は露出している。樹脂フィルム２３の上層は熱可塑性を有しているため、半導体素子等を貼付するための異方導電性フィルムは不要である。

金属箔１１の裏面に感光性樹脂フィルムを貼付し、その感光性樹脂フィルムを露光、現像して所定形状にパターニングし、マスクフィルム２４を形成する(図３(ｋ))。次いで、エッチングにより、そのマスクフィルム２４のパターンを金属箔１１に転写し、金属配線２５を形成する(同図(ｌ))。

この金属配線２５は、細長の配線部分２５_aと、金属バンプ１６裏面に位置する大面積の接続部分２５_bとを有しており、金属バンプ１６は、接続部分２５_b及び配線部分２５_aを介して、外部端子やＩＣ等に接続できるようになっている。

マスクフィルム２４を除去し(同図(ｍ))、露出した金属配線２５の裏面にポリイミド前駆体を塗布、乾燥し、感光性レジストを用い、接続部分２５_bが露出するようにパターンニングする。次いで加熱し、金属配線２５裏面にポリイミドから成る支持フィルム２６を形成すると、フレキシブル基板２が得られる(同図(ｎ))。このフレキシブル基板２のバンプ１６の、樹脂フィルム２３表面からの高さＨは、３５μｍ以下になっている。

フレキシブル基板２は、金属配線２５表面及び裏面は、それぞれ樹脂フィルム２３、支持フィルム２６によって保護されており、金属バンプ１６先端部が樹脂フィルム２３表面から突き出されている。また、接続部分２５_bの裏面２７は露出した状態になっている。

図４はポリイミドフィルム２３、２６を図示しない状態の金属配線２５及び金属バンプ１６の斜視図である。

下記表１に、配線基板２のパンプ１６上にＩＣチップを接続した場合と、配線基板２同士を接続させた場合(バンプ１６と接続部分２５_bの裏面２７を接続させた場合)の、バンプ高さと接続不良の関係を示す。ＰＣＴ(フ゜レッシャークッカーテスト)の条件は、１２１℃、２気圧、２４時間である。３５μｍ以下の高さではＰＣＴ後でも不良ポイントは発生しておらず、全て合格している。

以上説明したように、本発明のフレキシブル基板２では、金属バンプ１６を形成した後、樹脂フィルムを形成しており、レーザ光を用いて樹脂フィルムに開口部を形成する必要がない。従って、微細な金属バンプを精度良く形成することができる。

上記の金属バンプ１６を形成する際には、メッキにより銅を成長させていたが、他の金属を用いることも可能である。また、金属箔１１についても、銅に限定されるものではない。樹脂フィルム２３、２６は１層構造でも２層構造でもよく、また、その材質についても、ポリイミドに限定されるものではない。

なお、銅から成る金属バンプ１６表面はメッキ等により、金の被膜(膜厚１μ〜２μｍ程度)を形成しておくことが望ましい。その金属バンプ１６に、異方導電性フィルム等を介してチップ状の半導体素子を接続すると、回路部品を作製することができる。

また、接続部分２５_bには、他のフレキシブル基板に形成された金属バンプを接続すると、フレキシブル基板同士を接続できる。従って、本発明のフレキシブル基板は複数枚を積層させることができるようになっている。

また、レーザ光を用いないので、所望形状の開口部を形成することができる(例えば四角形、六角形等)。
バンプ高さを３５μｍ以下にしたので、バンプ高さのバラツキが少なくなり、可撓性を有さないＩＣチップ等を接続する場合に不良が少なくなる。

(ａ)〜(ｅ)：本発明方法の一例の工程の前半を説明するための図 (ｆ)〜(ｊ)：その中半を説明するための図 (ｋ)〜(ｎ)：その後半を説明するための図金属バンプ及び金属配線の斜視図 (ａ)：樹脂原料の被膜を形成した状態の金属バンプ及びその近傍の表面顕微鏡写真 (ｂ)：その金属バンプの断面顕微鏡写真 (ｃ)：樹脂フィルムを形成した状態の金属バンプ及びその近傍の表面顕微鏡写真 (ｄ)：その金属バンプの断面顕微鏡写真 (ａ)〜(ｄ)：従来技術のフレキシブル基板の製造工程を説明するための図

符号の説明

２……フレキシブル基板
１１……金属箔
１３……マスクフィルム
１６……金属バンプ
２０、２１……樹脂原料の被膜
２３……樹脂フィルム
２５……金属配線

Claims

金属箔上に、露光、現像によりパターニングされたマスクフィルムを形成し、
前記マスクフィルムの開口部底面に露出する前記金属箔上に金属バンプを成長させ、
前記金属バンプを成長させた後、前記マスクフィルムを除去し、
前記金属箔の前記金属バンプが形成されている表面に、平坦な部分が前記金属バンプの高さよりも低い樹脂原料皮膜を形成した後、前記金属バンプ先端を前記樹脂原料皮膜の平坦な部分から突き出させた状態で、前記樹脂原料皮膜の表面をエッチングし、前記金属バンプ表面を露出させるフレキシブル基板製造方法であって、
前記樹脂原料皮膜のエッチング後、前記樹脂原料皮膜を硬化させ、前記樹脂原料皮膜を樹脂フィルムに変化させ、
前記樹脂フィルムを形成した後、前記金属箔を裏面側から部分的にエッチングし、パターニングされた金属配線を形成するフレキシブル基板製造方法。
前記樹脂原料皮膜は、前記金属箔の前記金属バンプが形成されている表面に液状の樹脂原料を塗布して形成する請求項１記載のフレキシブル基板製造方法。
前記樹脂原料皮膜のエッチングは、アルカリ溶液で行う請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法。
前記樹脂原料の被膜は複数の被膜が積層されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法。
前記樹脂原料の被膜の、少なくとも最上層の被膜は熱可塑性を有する請求項４記載のフレキシブル基板製造方法。
前記樹脂原料皮膜のエッチングは、前記金属箔の裏面にキャリアフィルムを貼付した状態で行なう請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法。
前記樹脂原料にポリイミド前駆体を含有する液を用い、
前記樹脂フィルムをポリイミドで構成させる請求項６記載のフレキシブル基板製造方法。
前記金属箔のエッチング後、前記金属配線の裏面に支持フィルムを形成し、前記金属配線を支持する請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法。
前記支持フィルムが有する開口の底面に前記金属配線の接続部分を露出させる請求項８記載のフレキシブル基板製造方法。
請求項９記載のフレキシブル基板製造方法で製造したフレキシブル基板の前記開口底面に露出する前記金属配線に、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法で製造したフレキシブル基板の前記金属バンプを接続するフレキシブル基板製造方法。
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法で製造されたフレキシブル基板の前記金属バンプ上に少なくとも半導体素子を接続するフレキシブル基板製造方法。
前記金属バンプは電解メッキ法によって成長させる請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法。
前記金属バンプの前記樹脂フィルム表面からの高さは、３５μｍ以下にされている請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載のフレキシブル基板製造方法。
前記金属バンプは茸状に形成する請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載のフレキシブル基板の製造方法。