JP4068628B2 - 配線基板、半導体装置および表示モジュール - Google Patents

Description

本発明は、テープキャリア基板のように、柔軟な絶縁性の基材に導体配線を設けて構成された配線基板、特に折り曲げに対する導体配線の耐性を向上させた配線基板の構造に関する。

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、柔軟な絶縁性のテープキャリア基板の上に半導体素子が搭載され、樹脂で封止することにより搭載部が保護された構造を有する。テープキャリア基板は、主たる要素として、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を含む。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。

ＣＯＦの主要な用途は、液晶パネル等の表示パネル駆動用ドライバーの実装である。その場合、テープキャリア基板上の導体配線は、出力信号用外部端子を形成する第１群と、入力信号用外部端子を形成する第２群に分けて配置され、第１群の導体配線と第２群の導体配線の間に半導体素子が実装される。出力信号用外部端子を形成する第１群の導体配線は、表示パネルの周縁部に形成された電極に接続され、入力信号用外部端子を形成する第２群の導体配線は、マザー基板の端子に接続される。

一方、表示パネルへの実装構造をより小型化するために、テープキャリア基板を端部で折り曲げる実装方式が用いられており、鋭角での折り曲げを容易にするため、フィルム基材の折り曲げ部分にスリット穴を予め設けて、導体配線を形成する銅箔リードのみを折り曲げるようにしたものが知られている。

しかしながらそのような構成の場合、スリット穴を設けた折り曲げ部分にはフィルム基材がないため、実装時の機械的応力や熱サイクル等による応力が、薄い銅箔リードからなる導体配線に集中して、導体配線のクラックや破断を生じ易いという問題がある。特に導体配線用めっきとして最も一般的に用いられているＳｎめっき又はＳｎ−Ｐｂめっきを施した場合においては、パッケージ組立工程における加熱によって銅箔リードとめっきの界面に脆いＣｕ−Ｓｎ拡散合金層が形成されるため、導体配線の耐折り曲げ性が著しく低下する。

このような導体配線の耐折り曲げ性を向上させるために、例えば、特許文献１には、フィルム基材に設けた折り曲げ用のスリット穴上に位置する銅箔リードの表面にはＳｎ又はＳｎ合金めっきを施さず、更に、折り曲げ用スリット穴上に位置する銅リードの表面に、耐めっき性及び絶縁性を有する可撓性樹脂被膜（ソルダーレジスト）を設けた配線基板が記載されている。
特開平５−３２６６４３号公報

しかしながら、上記従来の構成の配線基板においても、銅箔リードからなる導体配線の耐折り曲げ性は十分とは言えなくなってきた。すなわち、テープキャリア基板を用いたパッケージの小型化の進展に伴い、ポリイミドからなるフィルム基材の厚さが４０μｍ程度、導体配線の厚さが８μｍ程度、ソルダーレジストの厚さが１５μｍ程度と、全ての要素が薄くなってきたからである。すなわち、折り曲げられた際に、導体配線が単独で折り曲げられた場合と大差のない応力が印加され、導体配線が断線し易くなっている。そのため、導体配線に作用する曲げ応力を十分に緩和する構造が必要になってきた。

本発明は上記問題点に鑑み、フィルム基材等の厚さが薄くなっても、導体配線に作用する曲げ応力が十分に緩和され、断線の発生が抑制された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、可撓性絶縁基材と、前記可撓性絶縁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各々の一方の端部に設けられた突起電極と、前記複数本の導体配線各々の他方の端部に設けられた外部端子と、前記導体配線、前記突起電極および前記外部端子に施された金属めっき層と、前記突起電極と前記外部端子との間の領域に前記導体配線を被覆したソルダーレジスト層とを備える。前記ソルダーレジスト層が形成された領域においては、前記導体配線に前記金属めっき層が形成されておらず、かつ、前記導体配線の前記可撓性絶縁基材と接触する面は、前記可撓性絶縁基材と接触しない面より表面粗さが粗く、前記可撓性絶縁基材、前記導体配線および前記ソルダーレジスト層からなる積層構造の前記導体配線を横切る断面の厚さ方向における中立面が、前記導体配線中を通って位置するように、前記可撓性絶縁基材、前記導体配線および前記ソルダーレジスト層を形成する材質の弾性係数および厚みが設定されていることを特徴とする

上記構成の配線基板によれば、ソルダーレジスト層が形成された領域においては、金属めっき層が施されないことにより、金属めっき層の形成に起因する導体配線の脆性増大が回避される。また、基材と接触する導体配線の表面粗さを粗くすることにより、導体配線と基材の密着性が増大し、さらに、基材とソルダーレジスト層により導体配線を挟んだ構造により、導体配線を基材に固定して曲げ応力を緩和する作用を高めることができる。その結果、ソルダーレジスト層が形成された領域に折り曲げ部を位置させれば、導体配線における断線の発生が抑制される。

また好ましくは、前記ソルダーレジスト層の弾性係数は、前記導体配線の弾性係数より小さく、前記可撓性絶縁性基材の弾性係数より大きく設定する。その場合、前記ソルダーレジスト層の厚さは、前記導体配線の厚さより厚く、前記可撓性絶縁性基材の厚さより薄くすることができる。

以上の構成の配線基板において、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可撓性絶縁性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構成とすることができる。

前記導体配線および前記突起電極を形成している金属は銅にすることができる。また、前記導体配線および前記突起電極に施されている前記金属めっき層は、金めっき層とすることができる。

また、前記複数本の導体配線として、第１群の導体配線の内側端部と第２群の導体配線の内側端部とが、互いに向かい合わせになるように整列し、間隔を設けて配置され、前記突起電極は、前記第１の群および前記第２の群の前記導体配線における内側端部に配置され、前記外部端子は前記第１の群および前記第２の群の前記導体配線における外側端部に配置されている構成とすることができる。

本発明の半導体装置は、以上のいずれかの構成の配線基板と、前記配線基板上に搭載された半導体素子と、前記配線基板と前記半導体素子との間に介在するように設けられた絶縁性樹脂層とを備え、前記半導体素子の電極パッドは前記突起電極を介して前記導体配線と接続されていることを特徴とする。

この半導体装置において、前記絶縁性樹脂層は、その端部が前記ソルダーレジスト層の端部の上に重なるように形成されることが好ましい。

本発明の表示モジュールは、上記の第１群の導体配線と第２群の導体配線が形成された配線基板上に半導体素子を搭載して構成された半導体装置と、表示パネルと、マザー基板とを備える。前記半導体素子の電極パッドは前記突起電極を介して前記導体配線と接続され、前記配線基板と前記半導体素子との間に介在するように絶縁性樹脂層が設けられており、前記半導体装置の前記第１群の導体配線に設けられた第１の外部端子と前記表示パネルの接続端子が接続され、前記半導体装置の前記第２群の導体配線に設けられた第２の外部端子と前記マザー基板の接続端子が接続され、前記配線基板が前記ソルダーレジスト層の領域において折り曲げられた構造を有することを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明の実施の形態における配線基板を示す平面図である。１は可撓性絶縁基材であり、その上に、複数本の導体配線２が整列して設けられている。この実施の形態では、複数の導体配線２は、図の右側の第１群と、左側の第２群に分割され、同一方向に整列して間隔を設けて配置されている。第１群および第２群の導体配線２の内側端部は、半導体素子を搭載するための素子搭載端部を構成し、それぞれ突起電極３が設けられている。突起電極３は、半導体素子を搭載したときにその電極パッドと接合される。第１群の導体配線２の外側端部には第１の外部端子４が、第２群の導体配線２の外側端部には第２の外部端子５が設けられている。基材１としては、例えばポリイミドを用い、導体配線２および突起電極３としては、例えば銅を用いることができる。

突起電極３が設けられた端部と、第１および第２の外部端子４、５の各々の中間の領域の導体配線２上には、例えばエポキシ樹脂からなるソルダーレジスト層７がそれぞれ形成されている。ソルダーレジスト層７が設けられた領域におけるＡ−Ａ’断面を、図２Ａに示す。同図に示すように、ソルダーレジスト層７が形成された領域では、導体配線２とソルダーレジスト層７が直接接触している。ソルダーレジスト層７としては、ポリイミド樹脂等を用いてもよい。一方、ソルダーレジスト層７が形成されていない領域である、突起電極３部分のＢ−Ｂ’断面を、図２Ｂに示す。同図に示すように、突起電極３には、金属めっき層６が施されている。同様に、図示しないソルダーレジスト層７が設けられていない領域における導体配線２、および外部端子４、５にも、金属めっき層６が施されている。金属めっき層６としては、Ａｕめっき、Ｓｎめっき等が用いられる。

また、導体配線２の基材１と接触する面は、基材１と接触しない面、すなわち上面よりも表面粗さが粗い状態に形成されている。基材１と接触する面の導体配線２の表面粗さは、好ましくは０．５〜１．０μｍの範囲とする。基材１と接触しない面の導体配線２の表面粗さは、好ましくは０．１〜０．５μｍの範囲とする。

図２ＡにおけるＳＣは、基材１、導体配線２およびソルダーレジスト層７からなる積層構造の導体配線２を横切る断面の厚さ方向における中立面を示す。ソルダーレジスト層７が形成された領域においては、中立面ＳＣが導体配線２中を通って位置するように、基材１、導体配線２およびソルダーレジスト層７を形成する材質の弾性係数および厚みが設定されている。従って、図２Ａに示すソルダーレジスト層７が形成された領域で配線基板を折り曲げたときの、導体配線２中に発生する歪みは最小限となり、折り曲げによる導体配線２の断線が抑制される。

ソルダーレジスト層７の弾性係数は、導体配線２の弾性係数より小さく、基材１の弾性係数より大きい関係となるように設定される。従って、ソルダーレジスト層７の厚さは、導体配線２の厚さより厚く、基材１の厚さより薄くすれば、中立面ＳＣが導体配線２中を通って位置するように設定できる。例えば、ソルダーレジスト層７の弾性係数が基材１の弾性係数の２倍であれば、ソルダーレジスト層７の厚さを基材１の厚さの半分にすれば、中立面ＳＣはちょうど導体配線２の真ん中を通るようになり、折り曲げによる導体配線２の断線抑制効果が顕著になる。

中立面ＳＣが導体配線２中を通って位置するように設定すれば、上記以外の組み合わせでも同様の効果が得られる。例えば、ソルダーレジスト層７の弾性係数は、導体配線２の弾性係数より小さく、かつ基材１の弾性係数より小さい関係となるように設定された場合であれば、ソルダーレジスト層７の厚さは、導体配線２の厚さより厚く、かつ基材１の厚さより厚くすれば、中立面ＳＣが導体配線２中を通って位置するように設定できる。

図１および図２Ｂに示すように、突起電極は３、導体配線２の長手方向を横切って導体配線２の両側の基材１上の領域に亘り形成され、突起電極３の、導体配線２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。

導体配線２および突起電極３を形成する金属としては、例えば銅を用いる。また、導体配線２および突起電極３に形成されている金属めっき層６としては、例えば金めっきを用いる。

図３は、上述の配線基板に半導体素子８を実装して構成された半導体装置１１の構造の一例を示す。半導体素子８は、２つの群の導体配線２の内側端部間に搭載される。配線基板上に搭載された半導体素子８と配線基板の間に介在させて、絶縁性樹脂層９が設けられている。図３におけるＣ−Ｃ’断面の要部を、図４に示す。同図に示すように、半導体素子８の電極パッド１０は、突起電極３を介して導体配線２と接続されている。絶縁性樹脂層９は、その端部がソルダーレジスト層７の端部の上に重なるように形成されている。それにより、半導体素子８とソルダーレジスト層７の領域との間の間隙に絶縁性樹脂層９が充填されて、厚みが大きく変化する状態を避けることができる。厚みが大きく変化する領域では、導体配線２が断線し易くなるので、この構造も、断線の抑制に効果的である。

図５は、以上のように配線基板上に半導体素子８を搭載して構成された半導体装置１１と、表示パネル１２と、マザー基板１３とを備えた表示モジュールを示す断面図である。半導体装置１１の第１群の導体配線２に設けられた第１の外部端子４と表示パネル１２の接続端子（図示せず）が接続されている。また半導体装置１１の第２群の導体配線２に設けられた第２の外部端子５とマザー基板１３の接続端子（図示せず）が接続されている。半導体装置１１は、配線基板のソルダーレジスト層７の領域で折り曲げられて、折り曲げ部１４を形成している。

折り曲げ部１４がソルダーレジスト層７の領域に配置されることにより、折り曲げに起因する導体配線２の断線が効果的に抑制される。すなわち、ソルダーレジスト層７が形成された領域では、上述のとおり、導体配線２に金属めっき層が施されておらず、導体配線２の基材１と接触する面は、基材１と接触しない面より表面粗さが粗くなっている。金属めっき層が施されないことにより、金属めっき層の形成に起因する導体配線２の脆性増大が回避される。また、基材１と接触する導体配線２の表面粗さを粗くすることにより、導体配線２と基材１の密着性が増大し、さらに、基材１とソルダーレジスト層７により導体配線２を挟んだ構造により、折り曲げに対して、導体配線２を基材１に固定し曲げ応力を緩和する作用を高めることができる。以上の作用により、折り曲げに起因する導体配線２の断線が抑制される。なお、ソルダーレジスト層７を内側にして折り曲げる場合に、基材１と導体配線２間の剥離が生じ易いので、上述の効果を得ることの利点は大きい。

更に、図２Ａを参照して説明したとおり、基材１、導体配線２およびソルダーレジスト層７が積層された断面における中立面ＳＣが、導体配線２中を通っているので、配線基板を折り曲げたときに導体配線２中に発生する歪みは最小限となり、折り曲げによる導体配線２の断線が抑制される効果を最大にすることができる。

次に、上記構成の配線基板の製造方法について、図６、７を参照して、以下に説明する。図６は、配線基板の製造する工程における、図１におけるＡ−Ａ’断面を示す。図７は、図１におけるＢ−Ｂ’断面を示す。

まず図６（ａ）に示すように、ベース層２１上に、シード層２２を介して導体層２３を形成し、導体層２３の表面を粗面化する。次に図６（ｂ）に示すように、導体層２３上に可撓性絶縁基材１を形成し、硬化させる。次に図６（ｃ）に示すように、ベース層２１、シード層２２を除去した後、導体層２３をハーフエッチングする。次に、エッチングにより導体層２３をパターニングして、図６（ｄ）に示すように、導体配線２を形成する。最後に図６（ｅ）に示すように、ソルダーレジスト層７を形成する。

一方Ｂ−Ｂ’断面においては、図６（ｄ）のように導体配線２が形成された後、ソルダーレジスト層７を形成することなく、図７（ａ）に示すように、フォトレジスト２４のパターンを、導体配線２の端部対向させて開口２４ａを有するように形成する。次に図７（ｂ）に示すように、開口２４ａを通した電解めっきにより、突起電極３を形成する。次に図７（ｃ）に示すようにフォトレジスト２４を除去した後、図７（ｄ）に示すように、突起電極３および導体配線２に対して電解めっき（金めっき）を施して、金属めっき層６を形成する。

以下に、上記配線基板および半導体装置について、各部寸法の一例を示す。なお、図１において、導体配線２は簡略化して一律の形状に図示したが、実際には、突起電極３が形成された端部であるインナーリードにおいては、他の部分と寸法、ピッチ等が相違する。また、第１および第２の外部端子４、５は、導体配線２と同一ピッチに図示したが、実際にはピッチが互いに相違する。
（導体配線２）
本数：３００〜９００本／ｐｃｓ、ピッチ：３０〜１００μｍ
幅：１５〜５０μｍ、厚さ：６〜１２μｍ、長さ：５〜１５ｍｍ
弾性率：１３０〜１４０ＧＰａ
（インナーリード）
ピッチ：３５〜２００μｍ
幅：１０〜２０μｍ、厚さ：６〜１２μｍ、長さ：６０〜２０μｍ
（第１の外部端子４）
本数：２５０〜７００本、ピッチ：７０〜１５０μｍ
幅：３５〜７５μｍ、厚さ：６〜１２μｍ、長さ：１〜２ｍｍ
（第２の外部端子５）
本数：４０〜２００本、ピッチ：２００〜６００μｍ
幅：１００〜３００μｍ、厚さ：６〜１２μｍ、長さ：１．５〜３ｍｍ
（基材１）
幅：３５〜７０ｍｍ、厚さ：３０〜６０μｍ、弾性率：４〜１０ＧＰａ
（突起電極３）
幅：２０μｍ〜５０μｍ、高さ：１０〜３０μｍ、長さ：２０〜５０μｍ
（ソルダーレジスト７）
厚さ：１０〜３０μｍ、弾性率：５〜２０ＧＰａ
（その他）
第１および第２の外部端子４、５の外端間の長さ：９．５〜２８．５ｍｍ
半導体素子８とソルダーレジスト７間の間隔Ｌ１（図４参照）：０．１〜０．４ｍｍ
絶縁性樹脂層９による封止幅Ｌ２（図４参照）：０．３〜１．５ｍｍ

本発明の配線基板によれば、フィルム基材の厚さが薄くなっても、導体配線に作用する曲げ応力が十分に緩和され、断線の発生が抑制されるので、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構成に好適である。

本発明の実施の形態における配線基板の平面図 （ａ）は図１におけるＡ−Ａ’断面図、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ’断面図 本発明の実施の形態における半導体装置の平面図 図３におけるＣ−Ｃ’断面の要部を拡大して示す断面図 本発明の実施の形態における表示モジュールの要部を示す断面図 本発明の実施の形態における配線基板の製造工程を示す断面図 同製造工程における他の断面を示す断面図

符号の説明

１ 基材
２ 導体配線
３ 突起電極
４ 第１の外部端子
５ 第２の外部端子
６ 金属めっき層
７ ソルダーレジスト層
８ 半導体素子
９ 絶縁性樹脂層
１０ 電極パッド
１１ 半導体装置
１２ 表示パネル
１３ マザー基板
１４ 折り曲げ部
２１ ベース層
２２ シード層
２３ 導体層
２４ フォトレジスト
２４ａ 開口
ＳＣ 中立面

Claims (10)

1. 可撓性絶縁基材と、
   前記可撓性絶縁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各々の一方の端部に設けられた突起電極と、
   前記複数本の導体配線各々の他方の端部に設けられた外部端子と、
   前記導体配線、前記突起電極および前記外部端子に施された金属めっき層と、
   前記突起電極と前記外部端子との間の領域に前記導体配線を被覆したソルダーレジスト層とを備えた配線基板において、
   前記ソルダーレジスト層が形成された領域においては、前記導体配線に前記金属めっき層が形成されておらず、かつ、前記導体配線の前記可撓性絶縁基材と接触する面は、前記可撓性絶縁基材と接触しない面より表面粗さが粗く、前記可撓性絶縁基材、前記導体配線および前記ソルダーレジスト層からなる積層構造の前記導体配線を横切る断面の厚さ方向における中立面が、前記導体配線中を通って位置するように、前記可撓性絶縁基材、前記導体配線および前記ソルダーレジスト層を形成する材質の弾性係数および厚みが設定されていることを特徴とする配線基板。
2. 前記ソルダーレジスト層の弾性係数は、前記導体配線の弾性係数より小さく、前記可撓性絶縁基材の弾性係数より大きい請求項１に記載の配線基板。
3. 前記ソルダーレジスト層の厚さは、前記導体配線の厚さより厚く、前記可撓性絶縁基材の厚さより薄い請求項２に記載の配線基板。
4. 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可撓性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請求項１〜３のいずれか1項に記載の配線基板。
5. 前記導体配線および前記突起電極を形成している金属は銅である請求項１〜４のいずれか1項に記載の配線基板。
6. 前記導体配線および前記突起電極に施されている前記金属めっき層は、金めっき層である請求項５に記載の配線基板。
7. 前記複数本の導体配線として、第１群の導体配線の内側端部と第２群の導体配線の内側端部とが、互いに向かい合わせになるように整列し、間隔を設けて配置され、前記突起電極は、前記第１の群および前記第２の群の前記導体配線における内側端部に配置され、前記外部端子は前記第１の群および前記第２の群の前記導体配線における外側端部に配置されている請求項１〜６のいずれか1項に記載の配線基板。
8. 請求項１〜７のいずれか１項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、前記配線基板と前記半導体素子との間に介在するように設けられた絶縁性樹脂層とを備え、前記半導体素子の電極パッドは前記突起電極を介して前記導体配線と接続されていることを特徴とする半導体装置。
9. 前記絶縁性樹脂層は、その端部が前記ソルダーレジスト層の端部の上に重なるように形成された請求項８に記載の半導体装置。
10. 請求項９に記載の配線基板上に半導体素子を搭載して構成された半導体装置と、表示パネルと、マザー基板とを備え、
    前記半導体素子の電極パッドは前記突起電極を介して前記導体配線と接続され、前記配線基板と前記半導体素子との間に介在するように絶縁性樹脂層が設けられており、
    前記半導体装置の前記第１群の導体配線に設けられた第１の外部端子と前記表示パネルの接続端子が接続され、前記半導体装置の前記第２群の導体配線に設けられた第２の外部端子と前記マザー基板の接続端子が接続され、
    前記配線基板が前記ソルダーレジスト層の領域において折り曲げられた構造を有することを特徴とする表示モジュール。

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