JP4839323B2 - 配線基板の設計方法 - Google Patents

Description

本発明は隣接する配線間におけるイオンマイグレーションの発生を予め予測して、こうしたイオンマイグレーションによる短絡が発生しにくい配線基板を設計する方法に関する。

絶縁基板の表面に基材金属層を形成し、この基材金属層の表面に銅などの導電性金属層を形成した基材フィルムの表面に感光性樹脂を所望の形状に露光現像して形成されたパターンをマスキング材として導電性金属層および基材金属層を選択的にエッチングした配線基板が知られている。たとえば絶縁フィルムの表面にニッケル−クロムからなる基材金属層を形成し、この基材金属層の表面に銅を析出させた基材フィルムに感光性樹脂からなるマスキング材を配置して選択的にエッチングすることにより、ＣＯＦ(Chip On Film)などの配線基板を製造することができる。

このＣＯＦなどに代表される配線基板では、非常に微細な配線パターンを形成することができ、最も配線パターンが密に形成されるインナーリード部分では、配線パターンのピッチ幅が３５μmを下回るようなファインピッチの配線パターンを形成することができる。

しかしながら、上記のようにして形成された配線パターンからは絶縁基板の表面に沿って配線パターンを形成する金属が経時的に拡散するイオンマイグレーションが発生することが知られており、こうしてイオンマイグレーションによって拡散した金属により隣接する配線パターンとの間に短絡が発生することがある。

特に上記のように配線パターンのピッチ幅が３５μmに満たないようなファインピッチの配線基板では、隣接する配線との間隔が狭くなると僅かな金属の溶出によっても短絡が形成されてしまう。殊に上述のようにＣＯＦでは、インナーリード部におけるピッチ幅が３５μm以下の極めてファインピッチの配線パターンを有するものが用いられ始めており、このような３５μm以下のピッチ幅を有する配線パターンの隣接する配線との間隙は２５μm、２０μm、１５μm、さらには１０μmと非常に狭くなってきている。

上記のようにＣＯＦにおける配線パターンは非常にファインピッチであることが要求されており、さらに、配線パターン間の絶縁信頼性が高いことが必要になってきている。

ＣＯＦの配線パターン間の絶縁信頼性に関しては、一般に、３５８Ｋ、８５%RHの条件で1000時間（60,000分）通電しても絶縁破壊しないという試験（ＨＨＢＴ試験）をクリヤーすることが必要であるとされている。

平行に形成された多数の配線を用いてＨＨＢＴ試験を行った場合、配線間で絶縁破壊が起きるのは、イオンマイグレーションにより配線から溶出した金属による。このイオンマイグレーションによる金属の配線パターンからの溶出距離（配線パターンから溶出金属の先端までの距離）を精密に測定すると、配線から溶出金属の先端までの距離が最初はわずかずつ長くなるが、ある時間を境にして配線から溶出金属の先端までの距離が急速に長くなることが分かった。たとえば、ポリイミドフィルムの表面にニッケル-クロムからなる基材金属層を形成してこの基材金属層の表面に銅を析出させた基材フィルムを用いてフォトリソグラフィー法により配線パターンを形成した試料について３５８Ｋ、８５％RH、印加電圧６０Ｖの条件でＨＨＢＴ試験を行ったときの溶出金属の配線からの溶出距離と時間との関係を示すと、たとえば図１に示すように金属の溶出距離が急速に長くなる点がある。この金属の溶出距離が急速に長くなる点を境にして、前半をエリアAとし、後半をエリアBとする。イオンマイグレーションによる配線パターン間の短絡は、エリアAでは生ずることがなく、金属の溶出距離が急速に長くなるエリアBによって生ずる。

従って、イオンマイグレーションにより隣接する配線パターン間で短絡を発生させないためには、このエリアBにおける配線を形成する金属の溶出距離と、隣接する配線パターンとの間隔の関係を明確にする必要がある。

本発明は、イオンマイグレーションによって隣接する配線パターン間で短絡が生じにくい配線基板、特にＣＯＦを設計する方法を提供することを目的としている。

本発明の配線基板の設計方法は、絶縁性樹脂からなるフィルムの表面にＮｉおよびＣｒからなり厚さが５０〜１０,０００Åの範囲内にある基材金属層および銅層がこの順序で積層された金属からなる多数の配線を、１０〜３０μmの範囲内の距離で離間して配置する配線基板を設計する方法であって、
ＨＨＢＴ試験で該配線基板に形成された配線からのイオンマイグレーションによる金属溶出距離が急速に長くなる領域において、
（i）絶対温度（Ｔ）および相対湿度（Ｈ）を固定した条件で電界強度（Ｅ）を変動させて、電界強度（Ｅ）がイオンマイグレーションに及ぼす影響を示す関数f（Ｅ）を得、
（ii）電界強度（Ｅ）および絶対温度（Ｔ）を固定した条件で相対湿度（Ｈ）を変動させて、相対湿度（Ｈ）がイオンマイグレーションに及ぼす影響を示す関数ｇ（Ｈ)を得、
（iii）相対湿度（Ｈ）および電界強度（Ｅ）を固定した条件で絶対温度（Ｔ）を変動させて、絶対温度（Ｔ）がイオンマイグレーションに及ぼす影響を示す関数ｈ（Ｔ）を得、
(iv)上記のようにして得られた関数ｆ（Ｅ）、ｇ（Ｈ）およびｈ（Ｔ）を次式（２’）に代入してαを公式化し、
(v)上記のようにして得られたαを次式（１）に代入して、任意の電界強度（Ｅ ₁ ）、相対湿度（Ｈ ₁ ）および絶対温度（Ｔ ₁ ）において行われるＨＨＢＴ試験において要求される耐久時間（ｔ）における金属の予測溶出距離（Ｌ）を予め求め、
（ただし、式（１）において、ｎは、１／２である。）
(vi)前記予測溶出距離（Ｌ）よりも、前記配線の内の任意の一の配線（A）とこの配線（A）に隣接する配線(A-1)との配線間距離が大きくなるように、配線の配置を設計することを特徴としている。

前記関数ｆ（Ｅ）の一例を示すと、次式（２）の通りである。
（ただし、式（２）において、Ｅは電界強度である。）。

また、前記関数ｇ（Ｈ）の一例を示すと、次式（３）の通りである。
（ただし、式（３）において、Ｈは相対湿度である。）。

同様に、前記関数ｈ（Ｔ）の一例を示すと、次式（４）の通りである。
（ただし、式（４）において、Ｔは絶対温度であり、Ｔ’は358Ｋである。）。

これらを総合すると、αは次式で表される。
（ただし、Ｅ、Ｈ、Ｔ’、Ｔは前記と同義である。）。

また、本発明の設計方法において注目される、前記配線基板に形成された配線からのイオンマイグレーションによる金属溶出距離が急速に長くなる領域は、通常ＨＨＢＴ試験開始後６０００分間以上（１００時間以上）の領域である。

前記ＨＨＢＴ試験において要求される耐久時間（ｔ）は、通常６０，０００分間（１０００時間）である。
さらに、本発明では上記絶縁性樹脂からなるフィルムが、ポリイミドからなる厚さ８〜７５μmのフィルムであることが好ましい。

本発明において、上記ＨＨＢＴ試験を行う条件の一例は、温度３５８Ｋ、湿度８５％RH、印加電圧が６０Ｖであり、この条件で１０００時間（60,000分）以上の耐久性を有する配線基板の設計に有用である。

また、上記配線からイオンマイグレーションによって溶出する金属は、ニッケルである。
さらに、本発明で設計された配線基板に形成された個々の配線に印加される電圧は、通常は１〜２００Ｖの範囲内にある。

本発明の設計方法によれば、ＨＨＢＴ試験をその都度行うのではなく、予め一つの配線基板サンプルについて所定の条件でＨＨＢＴ試験を行って、その条件におけるイオンマイグレーションにより流出する金属の溶出距離を算定しておくことで、配線パターン間の短絡が起こらない配線間距離を容易に算出することができる。そのようにして算出された配線間距離に基づいて、絶縁フィルムの表面に基材金属層を形成し、その基材金属層の表面にさらに銅を析出させた基材フィルムを用いて、フォトリソグラフィー法により短絡の発生しにくい微細な配線パターンを効率よく形成することができる。

このような配線基板、特にＣＯＦの場合などには、配線パターンのピッチ幅が３５μm以下であるような非常に精密な配線がされており、隣接する配線との間隙は２５μm、２０μm、１５μm、１０μmなど種々選定されているが、この配線間隔は次第に狭くなりつつある。

ところで、上述のように配線パターンからはイオンマイグレーションにより金属が溶出することが知られており、このようなイオンマイグレーションにより溶出した金属に起因して隣接する配線との間で短絡が形成されやすく、エリアAでは短絡が生ずることはまずないが、エリアBにおいては急速に金属が溶出し、殆どの短絡はこのエリアBで発生する。従って、予め行うＨＨＢＴ試験によってエリアBにおける溶出金属の挙動を把握することにより、短絡の形成を精度よく予測して配線基板を設計することができる。

そして、上記のようなＣＯＦなどにおいては、1000時間（60,000分）の通電によっても配線パターン間で絶縁破壊が生じないような高い信頼性を有することが要求されており、本発明の配線基板の設計方法によれば、絶縁信頼性の高い配線基板を設計することができる。

図１は、一定条件のＨＨＢＴ試験において溶出した金属の配線からの距離とＨＨＢＴ試験時間との関係を示すグラフである。 図２は、一定条件のＨＨＢＴ試験のエリアBにおける電界強度に対する係数α（in area “B”）の関係を示すグラフである。 図３は、一定条件のＨＨＢＴ試験における湿度に対する係数β（in area “B”）の関係を示すグラフである。 図４は、一定条件のＨＨＢＴ試験における温度に対する係数α（in area “B”）の関係を示すグラフである。 図５は、一定条件のＨＨＢＴ試験における配線間抵抗値とＨＨＢＴ試験時間との相関性を示すグラフである。 図６は、一定条件のＨＨＢＴ試験における配線間電流値と係数αとの相関性（ただし評価湿度：８５％RH）を示すグラフである。 図７は、実施例１で製造した配線間距離１５μmの配線からの金属の溶出状態を示すＳＥＭ写真である。

次に本発明の配線基板の設計方法について、具体的に説明する。

本発明の配線基板の設計方法は、予め測定したイオンマイグレーションによる金属の予測溶出距離に基づいて、絶縁基板の少なくとも一方の面に基材金属層を介して銅の析出層を有する基材フィルムを用いてフォトリソグラフィー法により配線パターンが形成された配線基板を設計する方法である。

このような配線基板において、最も配線が密に形成されている場所は、電子部品を実装するためのリードが設けられているインナーリード部分であり、このインナーリード部分では配線パターンのピッチ幅を３５μm以下にしようとする試みがなされている。このようにピッチ幅を３５μm以下にするためにはピッチ幅から配線幅を差し引いた隣接する配線との間の間隙幅を通常は２５μm以下、さらにピッチ幅を狭くすることにより、隣接する配線との間隙幅を２０μm、１５μmとするなど、隣接する配線との間隙幅は次第に狭くなりつつある。

このように隣接する配線との間隙幅が狭くなるにつれて隣接する配線間で短絡が生じやすくなる。この短絡の発生原因の一つとして、イオンマイグレーションによる溶出金属がある。

ＣＯＦのような配線基板を形成する際には、絶縁基板表面にニッケル-クロムなどの基材金属層を形成し、この基材金属層を介して銅を析出した基材フィルムを用いるのが一般的であり、このようにして基材フィルムを用いて配線パターンを形成すると、形成された配線パターンの銅層と絶縁基板との間には、ニッケル-クロム層が残存する。このような配線パターンに電圧を印加し、実装されている電子部品（ICチップなど）を駆動させると、この印加電圧によって隣接する配線間隙部分の絶縁基板表面に沿って金属が溶出するイオンマイグレーションが発生する。

このような配線基板において、イオンマイグレーションによる短絡は、上述の図１におけるエリアBにおいて発生するが、エリアAではこのような短絡の発生は認められない。

このエリアBにおける短絡の発生原因となるのは、上述のように配線パターンからのイオンマイグレーションによる金属の溶出である。

ＣＯＦのような非常に高密度に配線パターンが形成されている配線基板においては、ＨＨＢＴ試験において１,０００時間(60,000分)配線間にて高絶縁抵抗値が維持されていることが要求されている。このときのＨＨＢＴ試験の条件は、例えば、温度３５８Ｋ、湿度８５％RH、印加電圧は６０Ｖである。

イオンマイグレーションによる短絡は、図１に示したエリアAでは生じないため、イオンマイグレーションによる短絡が発生するエリアBにおいて、配線からの金属の溶出距離（Ｌ）とＨＨＢＴ試験評価時間（ｔ）との間には、次式（１）の関係が成り立つことが分かった。

式（１）において、ｎは、イオンマイグレーションの発生が認められる、ＨＨＢＴ試験時間（ｔ）が６０００分以上の領域（エリアB）においては１／２である。

さらに、αは、次式（２’）に示すように、ＨＨＢＴ試験における電界強度（E）、湿度（H)、温度（T）により定まる定数である。

上記式（１）において、金属の溶出距離（Ｌ）が、配線間で短絡しない距離であればよいから、上記の式において、所定の条件において、f(E)、g(H)、h（T）を予め測定して求めて、これらを上記式（２’）に代入してαを公式化し、そして、製造される配線基板について行われるＨＨＢＴ試験の条件（印加電圧（これから電界強度が求まる）、湿度、温度）におけるαを求め、このαの値からＬで示される金属の溶出距離を求めて、短絡を形成しないように配線パターン間の距離を設定すればよい。
以下、本発明において、ＨＨＢＴ試験の条件を、温度３５８Ｋ、湿度８５％RH、印加電圧６０Ｖとした場合のαの値を算定する手法を説明する。

このαが、ＨＨＢＴ試験の条件においてどのような相関関係を有しているかを調べれば、要求されている絶縁特性を満たす、すなわちＨＨＢＴ試験：１,０００時間(60,000分)を満足する条件（配線パターン間の距離）を見出すことができる。

そこで、配線間距離がそれぞれ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍの配線基板を形成して、温度３５８Ｋ、湿度８５％ＲＨに設定して、電界強度（Ｅ）（Ｖ-μｍ^-1）を変化させたときのエリアＢにおけるα（μｍ・min ^-1/2 ）との関係を測定した。結果を図２に示す。図２から明らかなようにエリアＢでは配線間距離に拘わらず、湿度８５％ＲＨ、温度３５８Ｋの条件に固定した場合には、電界強度（Ｅ）に対してαの値はほぼ一定しており、以下の式（２）の関係があることがわかる。

ただし、Ｅは電界強度（Ｖ・μｍ^-1）である。この式を基礎として、相対湿度（Ｈ）および絶対温度（Ｔ）を変化させた場合に、αがどのように変化するかを求めていく。

まず、エリアＢにおいて、温度３５８Ｋ、印加電圧６０Ｖに固定して、湿度（Ｈ）が変化することによりαがどのように変化するかを、上述のように配線間距離がそれぞれ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍの配線基板を形成して調べた。αがどのように変化するかを示す係数βを下記式の通り定義する。

ここでＨは相対湿度（％）である。βは、湿度が８５％ＲＨの場合のαを基準として、任意の湿度（Ｈ）におけるαが、前記基準となるαの何倍であるかを示している。

βの測定結果は図３の通りであり、これから湿度と係数βとの関係を求めた。

その結果、温度３５８Ｋ、印加電圧６０Ｖの条件に固定した場合には、βは湿度（Ｈ）に対して下記式（３）で表されることが判った。

さらに、エリアBにおける絶対温度（Ｔ）と係数αとの関係について、湿度を８５％ＲＨ、印加電圧を６０Ｖに固定して、上述のように配線間距離がそれぞれ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍの配線基板を形成して調べた。

エリアBにおける温度の係数γを以下のように定義する。

ここでＴは絶対温度（Ｋ）であり、Ｔ'は、３５８Ｋである。γは、絶対温度が３５８Ｋの場合のαを基準として、任意の絶対温度（Ｔ）におけるαが、前記基準となるαの何倍であるかを示している。

エリアBにおいて、湿度を８５％ＲＨ、印加電圧を６０Ｖに固定したときのαの常用対数を絶対温度の逆数に対してプロットした結果を図４に示す。
γは、αが、金属の溶出距離（Ｌ）を示す式（１）において、金属の溶出という化学反応の反応速度定数であると考えられることから、アレニウスの式を用いて温度の関数として表すことができる。なお、図４に示された直線の傾きが、アレニウスの式における活性化エネルギーを気体定数で割り、さらにネイピア数の常用対数およびマイナス１をかけた値に相当するので、前記のようにして得られた関数に前記傾きから求まる活性化エネルギーの数値を代入することで、γは下記式（４）で表される。

上記のようにして得られた式(２)、式（３）、式（４）の結果から、式（１）における係数α(in area "B")は、下記式（５）で表すことが可能となる。

ここで、Ｅは、電界強度（V・μm^-1）、Ｈは、相対湿度（%）、Ｔは、絶対温度（Ｋ）である。

さらに、式（１）で表される関係式

（ただし、式（１）において、L、ｔ、α、ｎは前記と同義である。）
の両辺を、配線間距離L'で割って変形すると、式(１)は次式（６）で表すことができる。

ここで、Ｌ'は配線間距離、θは指数＜L／L'＞であり今回の場合は１であり、α（in area "B"）は式（１）におけるのと同義であり、Tsは短絡発生時間である。

上記式（６）に要求されるＨＨＢＴ試験の耐久時間６０,０００分を代入すると、ＨＨＢＴ試験の耐久時間１,０００時間を満足する係数α（in area "B"）の限界値を求めることができる。

そして、ＨＨＢＴ試験において１,０００時間をクリヤーする条件として上記式（６）から次の式（７）を導き出すことができる。

上記式から式（１）における係数αは、配線間距離（配線ギャップ）が１０μmの場合には、０．０４未満であり、配線間距離が１５μmの場合には０．０６未満であり、配線間距離２０μmの場合には０．０８未満である。

本発明によれば、配線間距離を基準にしてＨＨＢＴ試験における温度、湿度、電圧から、係数αの値を予め求めて、式（１）から、イオンマイグレーションによる金属の溶出距離（Ｌ）を求めることができる。よって、配線パターンのギャップをこのＬよりも大きくすればイオンマイグレーションによる隣接する配線パターン間での短絡は発生しない。

このように本発明によれば、ＨＨＢＴ試験を行う前に予備実験として行うＨＨＢＴ試験の試験条件から、製造する配線基板がイオンマイグレーションによって短絡が発生するかどうかを予測することができる。すなわち、本発明によれば、イオンマイグレーションによる金属の溶出距離を相当に高い精度で予測することができるので、この数値からイオンマイグレーションによって短絡が生じないように配線基板の設計を自在に変えることが可能となり、配線基板の設計の自由度が増すとともに、個々に製造された配線基板についてＨＨＢＴ試験を行わなくとも、相当に高い精度でイオンマイグレーションの発生状況を予測することができる。

さらに、イオンマイグレーションによる短絡の発生は係数αに基づくものであるから、この係数αが各配線ギャップにおいて所定の値になるように、絶縁フィルムの表面状態、基材金属層の状態、銅層から形成された配線パターンの状態などの条件を算定し求めることができる。

上記のような特性を有する本発明の配線基板は、絶縁樹脂からなるフィルム、すなわち絶縁フィルムの表面に、基材金属層および銅層がこの順序で積層された基材フィルムを用いてフォトリソグラフィー法により形成された配線パターンを有する。

本発明で絶縁フィルムとして使用する絶縁樹脂は、電圧印加時に形成された配線パターンからのイオンマイグレーションの発生をできるだけ抑えるために、フィルム表面に金属の拡散が進行しやすい水酸基などの極性基が存在しないものであることが好ましく、また、配線パターンを形成する際あるいは配線基板への電子部品の実装などを考慮すると高い耐熱性を有する樹脂であることが好ましく、さらに配線パターンを形成する際のエッチング液あるいはアルカリ洗浄液などとの接触によっても侵食されないような耐酸性および耐アルカリ性を有している樹脂であることが好ましい。このような樹脂は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミドおよびフッ素樹脂よりなる群から選ばれる絶縁樹脂フィルムである。これらは単独、あるいは組み合わせて使用することができる。特に本発明においてはポリイミドを使用することが好ましい。

本発明で使用するポリイミドの例としては、ピロメリット酸２無水物と芳香族ジアミンとから合成される全芳香族ポリイミド、ビフェニルテトラカルボン酸２無水物と芳香族ジアミンとから合成されるビフェニル骨格を有する全芳香族ポリイミドを挙げることができる。特に本発明ではピロメリット酸２無水物と芳香族ジアミンとから合成される全芳香族ポリイミド（例；商品名：カプトン（登録商標）、デュポン社製）が好ましく使用される。このピロメリット酸２無水物と芳香族ジアミンとから合成される全芳香族ポリイミドを用いることにより、ビフェニル骨格を有する全芳香族ポリイミドを用いた場合よりも、絶縁フィルム表面における金属残存量が少なくなり、イオンマイグレーションによる金属の溶出距離が短くなる傾向がある。

本発明の配線基板は、特にＣＯＦとして有用性が高く、ＣＯＦにはデバイスホールなどが形成されていないことから、絶縁フィルムの厚さは、通常は８〜７５μｍ、好ましくは２５〜５０μｍの範囲内にある。このように薄い絶縁フィルムを用いることにより、配線パターンが形成されている配線パターンの面とは逆の面から絶縁フィルムを介してボンディングツールを当接して加熱して電子部品をインナーリードに実装することができる。

本発明で好適に使用される基材フィルムには、上記のような絶縁フィルムの少なくとも一方の面に、基材金属層が形成されている。

この基材金属層は、基材金属層の表面に銅層を形成して、この銅層と絶縁フィルムとを接合するための層であり、通常はニッケル-クロム、ニッケル、クロム、銅、銅合金などの金属から形成されている。特に本発明では、この基材金属層がニッケル-クロムであることが好ましい。

このような基材金属層は、上記の絶縁フィルムの表面に基材金属を蒸着、スパッタリングなどの方法により析出させる。このときの基材金属層の厚さは通常は５０Å〜１００００Åである。

こうして形成された基材金属層の表面に銅層を析出させる。この銅層は、気相析出法、液相析出法のいずれの方法で析出させたものであってもよいが、本発明では液相析出法で銅を析出させることが好ましい。銅の液相析出法の例としては、電解メッキ法、無電解メッキ法などがあるが、本発明では、上記基材金属層を電極として用いた電解メッキ法で銅層を形成することが好ましい。こうして電解メッキ法で形成される銅層の厚さは、通常は５〜５０μm、好ましくは８〜２５μmである。

上記のような構成を有する基材フィルムの銅層の表面に、感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層を露光・現像することによりパターンを形成し、こうして形成されたパターンをマスキング材としてエッチングすることにより、少なくとも銅層および基材金属層の一部をエッチング除去する。

こうしてエッチング処理することにより、マスキング材が配置されていない部分の絶縁フィルムの表面には、基材金属層が露出するので、フラッシュエッチングおよび過マンガン酸カリウムなどの酸化物を配合したエッチング剤を用いて除去する。

なお、このフラッシュエッチングおよび過マンガン酸カリウムなどを用いたエッチングは、上述のマスキング材を除去した後行ってもよいし、マスキング材を残したまま行ってもよい。なお、マスキング材は、アルカリ洗浄などにより容易に除去することができる。

上記のようにして配線パターンを形成した後、この配線パターンの端子部分が露出するようにソルダーレジスト層を形成するかあるいはカバーレイを貼着して端子部分以外の配線パターンを保護する。また、露出している端子部分には、必要なメッキ処理を施す。たとえば、スズメッキ処理、半田メッキ処理、ニッケル-金メッキ処理、金メッキ処理、銀メッキ処理などである。なお、このメッキ処理は、ソルダーレジスト層の形成前あるいはカバーレイを貼着する前に薄いメッキ層を形成し、ソルダーレジスト層の形成後あるいはカバーレイの貼着後に所定の厚さになるようにメッキ層を形成してもよい。

上記のようにして本発明の設計方法を使用して製造された、配線ギャップが上記式（１）で求められる金属の溶出距離（Ｌ）に対して一定の値にある（配線ギャップが溶出距離（Ｌ）よりも大きい）配線基板は、ＨＨＢＴ試験を行うまでもなく、エリア“B"でイオンマイグレーションによる短絡が発生することはない。そして、実際にＨＨＢＴ試験（High temparature and High humidity Bias Test）を行ったとしても、算定した値と、実際のＨＨＢＴ試験の結果とが異なることはない。

従って、従来は無作為に抜きとり試験によりサンプルを形成してＨＨＢＴ試験を行っていたが、実際に行うＨＨＢＴ試験の回数を減らしたとしても、高信頼性の配線基板を供給することができる。

次に、上記のようにして製造された配線間絶縁抵抗値とＨＨＢＴ試験時間との相関関係について検討すると、配線間ギャップが１５μmの配線基板について、８５℃×８５％RH×６０Vの条件で測定した配線間絶縁抵抗値は、図５に示すように推移する。

この図５に示すようにエリア“B"（ＨＨＢＴ試験＝１００時間以降）では配線間絶縁抵抗値がほぼ一定の値を示す。

上記の結果から算定した、絶対温度３５８Ｋ、湿度８５％RH、印加電圧６０Ｖにおける係数α（エリア“B"）とエリアBにおける配線間電流値（Ａ）とは、図６で表される関係を有しており、これから、αは次式（８）で表されることが判る。

上記式において、αは、式（１）におけるのと同義であり、Aは配線間電流値である。

式（８）および図６から、ＨＨＢＴ試験（３５８Ｋ×８５％RH×６０Ｖ）１０００時間をクリヤーするためには、例えば配線間距離１５μmの配線基板では配線間電流値を３．８１E ^-8 A以下にすればよいことが明らかになった。

また、同様にして求めた配線間距離が１０μmの配線基板では、配線間電流値は通常は７．７０E ^{- 9} A以下、２０μmの配線基板では、配線間電流値は通常は１．１６E ^-7 A以下、２５μmの配線基板では、配線間電流値は通常は２．３３E ^-7 A以下にすれば、ＨＨＢＴ試験（３５８Ｋ×８５％RH×６０Ｖ）１０００時間をクリヤーすることができる。上記の値は、今回使用した配線基板についての値であり、この配線基板の線長は１６cmであるから、これを単位線長当たりの配線間電流値に換算すると、例えば２５μmの配線基板では、2.33 E^-7/16A/cm＝0.146 E^-7A/cmになる。

このことから、配線間抵抗値Ｒを、短絡が起きる抵抗値よりも大きくすることにより、イオンマイグレーションが発生するのを有効に抑えることができる。
式（１）（ｔとしてＨＨＢＴ試験において要求される耐久時間１０００時間（６００００分）を採用する）より、Ｌ＝α・６００００ ^1/2 であり、また式（７）の導出過程で述べたように、今回はＬを基材配線ギャップＬ’で割って得られた指数θは１であるから、これらと式（８）より次式（９）の関係が得られる。

そして配線間抵抗値Ｒは、短絡が起きる抵抗値よりも大きく設定するので、この条件、式（９）およびＲ＝Ｖ／Ａの関係から次式（１０）が得られる。

このように配線間抵抗値Ｒを、配線間電圧(V) Ｖ、および基材配線ギャップＬ’（μm）で表わされる数値（右辺）よりも大きくすることにより、配線間電流値が低くなり、イオンマイグレーションが発生するのを有効に抑えることが出来る。

配線間電流値を上記のように制御するためには、本発明の配線基板で使用する絶縁フィルムとして絶縁性の高い材料を用いると共に、絶縁基板の表面状態を制御すればよく、配線基板上の残存金属を除去し、さらに配線基板表面にある極性基などの絶縁性を阻害する虞のある基を除去する。たとえば、絶縁フィルム上に配線パターンを形成した後、この基板の表面を過マンガン酸塩の水溶液で処理して、絶縁フィルムの表面にある極性基を除去することが好ましい。

上記のようにして本発明の設計方法を利用して形成された配線基板は、絶縁信頼性が高く、特に非常に高密度の配線パターンを形成するＣＯＦなどに適用すると好適である。

次に本発明の実施例を示して、本発明の配線基板の設計方法を利用して製造され得る配線基板についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

[実施例１]
厚さ３８μmのポリイミドフィルム（ピロメリット酸２無水物と芳香族ジアミンとから合成される全芳香族ポリイミド、デュポン社製、商品名：カプトン）の一方の面に設けた厚さ２００〜２５０Åのニッケル-クロムからなる基材金属層の表面に、市販の銅メッキ液を用いた電解メッキ法により、厚さ８μmの銅層を形成した。

こうして形成された銅層の表面に感光性樹脂層を形成し、得られたパターンをマスキング剤として、エッチングを行うことにより最狭部のリードのピッチ幅が３０μm、隣接する配線との幅（配線ギャップ）が１５μmの配線パターンを形成した。

こうして形成した配線パターン間のポリイミドフィルム表面には基材金属層が残存しているので、ニッケル用のエッチング剤を用いて短時間エッチングを行って基材金属層中の大部分のニッケルと一部のクロムを除去した。

上記の操作ではクロムは除去しきれないので、過マンガン酸カリウムの水溶液からなる処理液を用いて、表面に残存するクロムをできるだけ除去する。

溶出金属はほとんどがニッケルであった。溶出した金属の状態を図７に示す。このようにして製造された配線基板について、３５８Ｋ、８５％RH、印加電圧６０Ｖ（電界強度は６０／１５＝４Ｖμｍ^-1となる）の条件でＨＨＢＴ試験を行った。この配線基板の目標とするＨＨＢＴ試験の耐久時間では１０００時間で短絡は生じなかった。

本発明の配線基板の設計方法によれば、絶縁フィルムの表面に基材金属層を形成し、その基材金属層の表面にさらに銅を析出させた基材フィルムを用いてフォトリソグラフィー法により微細な配線パターンを設計することができる。

このような配線基板には、配線パターンのピッチ幅が３５μm以下であるような非常に精密な配線が形成されており、隣接する配線との間隙は１０μm、１５μm、２０μm、２５μmとなるなど配線間隔は次第に狭くなりつつある。

ところで、上述のように配線パターンからはイオンマイグレーションにより金属が溶出することが知られており、このようなイオンマイグレーションにより溶出した金属に起因して隣接する配線との間で短絡が発生し、エリアAでは短絡が生ずることはまずないが、エリアBにおいては急速に金属が溶出し、殆どの短絡はこのエリアBで発生する。従って、ＨＨＢＴ試験 においてエリアBにおける溶出金属の挙動を把握することにより、短絡の発生を精度よく予測することができる。

そして、上記のようにして設計されたＣＯＦなどにおいては、１０００時間の通電によっても配線パターン間で絶縁破壊が生じないような高い絶縁信頼性を有している。

Claims (9)

1. 絶縁性樹脂からなるフィルムの表面にＮｉおよびＣｒからなり厚さが５０〜１０,０００Åの範囲内にある基材金属層および銅層がこの順序で積層された金属からなる多数の配線を、１０〜３０μmの範囲内の距離で離間して配置する配線基板を設計する方法であって、
   ＨＨＢＴ試験で、ＨＨＢＴ試験開始後６０００分間以上（１００時間以上）の領域において、
   （i）絶対温度（Ｔ）および相対湿度（Ｈ）を固定した条件で電界強度（Ｅ）を変動させて、電界強度（Ｅ）がイオンマイグレーションに及ぼす影響を示す関数ｆ（Ｅ）を得、
   （ii）電界強度（Ｅ）および絶対温度（Ｔ）を固定した条件で相対湿度（Ｈ）を変動させて、相対湿度（Ｈ）がイオンマイグレーションに及ぼす影響を示す関数ｇ（Ｈ)を得、
   （iii）相対湿度（Ｈ）および電界強度（Ｅ）を固定した条件で絶対温度（Ｔ）を変動させて、絶対温度（Ｔ）がイオンマイグレーションに及ぼす影響を示す関数ｈ（Ｔ）を得、
   (iv)上記のようにして得られた関数ｆ（Ｅ）、ｇ（Ｈ）およびｈ（Ｔ）を次式（２'）に代入してαを公式化し、
   (v)上記のようにして得られたαを次式（１）に代入して、任意の電界強度（Ｅ₁）、相対湿度（Ｈ₁）および絶対温度（Ｔ₁）において行われるＨＨＢＴ試験において要求される耐久時間（ｔ）における金属の予測溶出距離（Ｌ）を予め求め、
   （ただし、式（１）において、ｎは、１／２である。）
   (vi)前記予測溶出距離（Ｌ）よりも、前記配線の内の任意の一の配線（A）とこの配線（A）に隣接する配線(A-1)との配線間距離が大きくなるように、配線の配置を設計することを特徴とする配線基板の設計方法。
2. 前記関数ｆ（Ｅ）は、次式（２）で表されることを特徴とする請求項第１項記載の配線基板の設計方法；
   （ただし、式（２）において、Ｅは電界強度である。）。
3. 前記関数ｇ（Ｈ）は、次式（３）で表されることを特徴とする請求項第１項または第２項記載の配線基板の設計方法；
   （ただし、式（３）において、Ｈは相対湿度である。）。
4. 前記関数ｈ（Ｔ）は、次式（４）で表されることを特徴とする請求項第１項〜第３項のいずれかに記載の配線基板の設計方法；
   （ただし、式（４）において、Ｔは絶対温度であり、Ｔ'は358Ｋである。）。
5. 前記式(1)におけるαが次式で表されることを特徴とする請求項第１項記載の配線基板の設計方法：
   （ただし、Ｅ、Ｈ、Ｔ'、Ｔは前記と同義である。）。
6. 前記ＨＨＢＴ試験において要求される耐久時間（ｔ）が６０，０００分間（１０００時間）であることを特徴とする請求項第1項記載の配線基板の設計方法。
7. 上記絶縁性樹脂からなるフィルムが、ポリイミドからなる厚さ８〜７５μmのフィルムであることを特徴とする請求項第１項記載の配線基板の設計方法。
8. 上記配線からの溶出金属が、ニッケルであることを特徴とする請求項第１項記載の配線基板の設計方法。
9. 上記配線基板に形成された個々の配線に印加される電圧が１〜２００Vの範囲内にあることを特徴とする請求項第１項記載の配線基板の設計方法。