JP4844730B2

JP4844730B2 - 金属被覆ポリイミド基板の評価方法

Info

Publication number: JP4844730B2
Application number: JP2006141924A
Authority: JP
Inventors: 修一小笠原; 宏竹之内; 博文曽根
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: JP2007311718A

Description

本発明は、金属被覆ポリイミド基板の評価方法に係り、特に液晶画面駆動用半導体を実装するための半導体実装用金属被覆ポリイミド基板の評価方法に関するものである。

液晶画面表示用ドライバーＩＣチップを実装する手法としてＣＯＦ（Chip on Film）が注目されている。ＣＯＦは従来の実装法であったＴＣＰ（Tape Carrier Package）に比べ、ファインピッチ実装が可能であり、ドライバーＩＣの小型化、コストダウンを図ることが容易な実装法である。ＣＯＦは高耐熱、高絶縁性樹脂であるポリイミドフィルムと良導電体である銅層を密着させてなる金属被覆ポリイミド基板を使用し、銅層をフォトリソグラフィー技法によってファインパターニングし、さらに所望な箇所にすずめっきおよびソルダーレジストを被覆して得るのが一般的である。また、上記金属被覆ポリイミド基板に用いられるポリイミドフィルムとしては、Kapton EN(東レ・デュポン製)、Upilex s(宇部興産製)、NPI(カネカ製)などが用いられている。

ポリイミドフィルム表面に金属層を形成する方法としては、まず、スパッタリング法によりニッケル-クロム合金等の金属層を形成し、引き続き良導電性を付与するために銅皮膜を形成する。上記スパッタリング法によって形成される金属層はおよそ１００〜５００ｎｍが一般的である。さらに厚膜化が必要であれば、電気めっき、および電気めっきと無電解めっきを併用することによって行うことが一般的であり、その厚みは、例えばサブトラクティブ法によって回路を形成する場合は、５〜１２μmが一般的である。ＣＯＦは、上記すずめっき後、インナーリード部とＩＣチップのパッド部を熱圧着することによって接合し、ＩＣチップおよびその周辺部に樹脂を塗布、熱硬化後、さらにアウターリード部と液晶パネルをＡＣＦによって接合する。
特に上記スパッタ及びめっき法によって形成された金属被覆ポリイミド基板を用いて得られるＣＯＦは、金属層の薄膜化が容易であり、また、ポリイミドフィルムと金属被膜の界面を平滑に維持しながら十分な密着強度を得る技術が確立されているため、回路のファインピッチ化に適しており、インナーリード部で３０μmピッチのＣＯＦの量産が開始され、さらに２０〜２５μmピッチのＣＯＦの開発が進んでいる。

しかしながら、３０μmピッチ以下のＣＯＦでは、インナーリードとＩＣチップ、およびアウターリードと液晶パネルの接合の際に、リードが所望のＩＣパッド、あるいはＩＴＯ電極間で十分な接合強度を維持できずに剥離が発生する確率が高くなるという問題がある。

本発明者は、上記問題を解決する手法を種々検討した結果、スパッタ及び／又はめっき法によってポリイミド表面に形成される金属被膜、特に銅めっき被膜の剥離の原因となる再結晶化の挙動を、所定の熱処理を施し、且つ該熱処理前後の比抵抗の変化率を測定することで、ＣＯＦと接合するＩＣパッド、および液晶パネルＩＴＯ電極との寸法精度を十分確保できる金属被覆ポリイミド基板が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明に係る金属被覆ポリイミド基板の評価方法は、ポリイミドフィルムの少なくとも片面にスパッタリング及び／又はめっき法により金属被膜が形成された金属被覆ポリイミド基板の評価方法であって、前記金属被膜中の銅被膜の厚みが０．１〜１０μｍであり、且つ、前記金属被膜中の銅被膜の存在比が膜厚比７０％以上であり、前記金属被覆ポリイミド基板に対し１５０℃、５時間の熱処理を行った前後の比抵抗の変化率が３０％以下である、ことを特徴とするものである。

本発明に係る金属被覆ポリイミド基板の評価方法によれば、３０μmピッチ以下のファインピッチのＣＯＦで、インナーリードとＩＣチップ、およびアウターリードと液晶パネルの接合の際に、リードが所望のＩＣパッド、あるいはＩＴＯ電極間で十分な接合強度を維持し、剥離などの不良の発生の少ない信頼性の高い基板を提供することが可能である。

以下、本発明に係る金属被覆ポリイミド基板の評価方法について説明するが、その前に本発明に係る金属被覆ポリイミド基板の評価方法の技術的特徴をより詳細に説明する。
一般に、金属被覆ポリイミド基板を用いてＣＯＦのリードを形成する際には、リード形成時に加わる熱履歴等を加味してフォトレジスト露光用マスクに形成されたパターン寸法に一定の補正を行う。これは、ＩＣチップとの接合時、および液晶パネルとの接合時までに加わる熱履歴等によってリード間隔が変化する量をあらかじめ予測し、剥離を防止するために行われるものである。ここで、リード間隔が変化する要因としては、ポリイミドフィルムや金属被膜、およびソルダーレジスト等、ＣＯＦ構成部材の熱膨張、熱収縮などの変形によるものであるが、かかる熱による変形は、ある意味当然生じる現象であり、この変形量を試験的にある程度把握することができる。
しかし、問題はこの変形量が一定しないこと、即ちばらつくことであり、該変形量のばらつきが大きく、かつリード間隔がファインピッチになるほど前述の剥離の危険性が高まる。
また、このようなばらつきの発生原因は、ポリイミドフィルムに関して言えば成膜時の熱履歴、および延伸のばらつき、およびフィルムの厚さのばらつきが主要因であり、また、ソルダーレジストに関して言えば、厚さのばらつきが主要因である。

更に、金属被膜に関して言えば、無論厚みのばらつきも主要因であるが、被膜の残留応力のばらつきによって大きな影響を受けることが判明している。そして、この残留応力の発生要因も種々解析され、種々の成膜条件と被膜形成直後に測定される残留応力には相関が得られていた。
しかしながら、上記残留応力による変形をあらかじめ想定して前述の補正を行っても、ＣＯＦリード部とＩＣチップ、液晶パネルとの接合の際に剥離が生じる場合があった。

本発明者は、この原因を種々解析した結果、ポリイミドフィルムに対しめっきにより金属被膜を形成した後、特に応力を加えなくても経時的に基板が変形することを見出した。
これは、めっきで形成された金属被膜、特に銅被膜がめっき後室温環境下でも再結晶が進行することによって被膜中の残留応力が変化し、基板の変形に至るものと考えられる。但し、この再結晶化は、めっきの際の種々の条件によってその進行度合いが異なり、予め予測することは極めて難しいのが実情であった。

一方、めっきで形成された銅めっき被膜の再結晶化は、基板に付加される熱履歴によって促進されるものの、一定の熱履歴下での再結晶化は、ある時点でほぼ停止するという特性を有する。

このため、本発明者は、この再結晶化の進行の収束度合いを判断する手法として、被膜の比抵抗の変化に着目した。
つまり、銅めっき被膜は再結晶化によって微細な結晶粒子が巨大化する。そうすると、結晶粒界が減少するため電気抵抗が減少する。従って、本発明者は、かかる電気抵抗の変化により、銅めっき被膜の再結晶挙動を推察することが可能であることに着目した。

また、上述のように、銅めっき被膜の再結晶化は、熱履歴を受けることによって促進される。このため、本発明においては、ＣＯＦのリード形成後、最終的に液晶パネルに接合するまでの熱履歴と同等以上の熱履歴を加えた前後で比抵抗を測定し、その変化率が一定の値以下であれば、実際にリード接合の際に受ける熱履歴によって銅めっき被膜が問題になるような再結晶化、即ち基板変形を引き起こさないと判断することが可能となる。

次に、一般にＣＯＦ加工工程で通常付加される熱履歴としては、すずめっきホイスカー成長抑制のための１２０℃、３０〜６０分の熱処理、ソルダーレジスト硬化のための１２０℃、２〜３時間の熱処理、ＣＯＦへのＩＣボンディングの際に加わる４２０℃、１〜５秒程度の熱処理、ＩＣ封止樹脂硬化のための１５０℃、３〜４時間の熱処理、および液晶パネルへのアウターリードボンディングのための２００℃、１分程度の熱処理などが挙げられる。

本発明においては、上記熱履歴に鑑み、金属被覆ポリイミド基板に対し、１５０℃で５時間の熱履歴を付加し、比抵抗の変化率を求めることによって、該基板がＣＯＦリード形成から接合時までに付加される熱履歴による銅めっき被膜の再結晶化の進行具合を推定する。
ここで、１５０℃で５時間の熱処理を金属被覆ポリイミド基板に対し施すこととしたのは、金属被覆ポリイミド基板がＣＯＦとして加工され、ＩＣチップ、および液晶パネルと接合されるまでに加わる熱履歴に相当する熱履歴を加えることによって、銅めっき被膜の再結晶化に伴って生じる比抵抗の変化を測定し、これによって実際にＩＣチップ、および液晶パネルと接合された際の基板変形によるＣＯＦリード剥離の危険性を推定することが可能となるためである。

また、熱履歴を付加する前後の比抵抗の変化率が３０％以下であれば、ＣＯＦリード接合までに生じる再結晶化による基板変形量は、接合時、剥離に至るほどの問題とならないが、更に望ましくは２０％以下である。
熱履歴を付加する前後の比抵抗の変化率が２０％以下であると、熱履歴による銅めっき被膜の再結晶による基板変形量が極めて微小になるためより好ましいからである。
一方、比抵抗の変化率が３０％を超える場合は、熱履歴に伴う再結晶化、再結晶化による基板変形量は大きく、かつばらつきの要因となるため、この状態では接合時の信頼性は得られない。

また、本発明の手法が効果的に適用できるためには、銅被膜の厚みが０.１〜１０μm、さらに望ましくは５〜８μmである。
銅被膜の厚みが０.１μm未満では、薄膜すぎて本発明による効果が得難くなり、一方、１０μmを超えた場合は、銅めっき被膜中の再結晶化の進行度合いが被膜中でばらつくようになり、より強い熱履歴を付加しなければ比抵抗の変化率での管理は難しくなるため実用性に劣ることとなる。
また、銅被膜の厚みが５〜８μmの範囲だと、負荷した熱履歴の強度と銅めっき被膜の再結晶化による基板変形量、および再結晶化に伴う比抵抗値の変化に良い相関が得られるため、ＣＯＦリード接合時の剥離問題の危険度合いをより確実に推定することが可能であるため、より好ましい。

また、金属被膜中の銅被膜の存在比が膜厚比７０％以上であることが必要であり、さらに望ましくは８０％以上である。これは、前述の金属被覆ポリイミド基板を構成する金属種において、１５０℃程度の熱履歴によって最も再結晶化が進行するのは銅めっき被膜であるため、金属被膜中の銅めっき被膜の割合は比抵抗の変化率に影響し、金属層の厚みは基板を変形せしめようとする応力に影響するからである。
一方、金属被膜中の銅めっき被膜の割合が７０％以下であれば、熱履歴による再結晶化によって基板が変形する程度は小さくなるため、本発明による効果が得難くなる。

本発明が適用される金属被覆ポリイミド基板のポリイミドフィルム種、および厚みも銅めっき被膜再結晶化による基板変形量に影響を及ぼす。即ち、フィルム厚が厚く、かつ剛性が高ければ銅めっき被膜の再結晶化による応力が加わっても基板は当然変形し難くなる。
しかしながら、これはポリイミドフィルム種と厚みはそれぞれ影響するため、本発明においては限定することができない。この意味においても、本発明のように、金属被覆ポリイミド基板に対し熱処理を行った前後の比抵抗の変化率により特定する意義がある。
尚、一般的に本発明において適用されるポリイミドフィルム種としては、東レ・デュポン社製Kapton EN、宇部興産社製 Upilex sを用い、厚さとしては２５〜５０μmであれば好都合である。

以下、本発明の有効性を実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ポリイミドフィルムとしてKapton 150EN（東レ・デュポン製）を用い、真空度０.０１〜０.１Ｐａに保持されたチャンバー内で１５０℃、１分間の加熱処理を行った。引き続き、クロムを２０重量％含有するニッケル-クロム合金ターゲット、および銅ターゲットを用い、ポリイミドフィルム表面に厚さ２０nmのニッケル-クロム合金層、および厚さ１００nmの銅層を形成した。その後、硫酸を１８０ｇ/L、硫酸銅を８０ｇ/L、塩素イオンを５０mｇ/L、および銅めっき被膜の平滑性等を確保する目的で有機添加剤を所定量添加しためっき液を使用し、種々のめっき条件で厚さ８μmまで電気めっき法によって銅被膜を形成した。
従って、本発明の実施例に係る金属被膜は、ニッケル、クロム、銅から構成され、また、本発明の実施例に係る銅被膜は、スパッタ及びめっき法によって得られた銅から構成されることとなる。
得られた金属被覆ポリイミド基板の一部を１５０℃大気中に５時間保持した前後の金属被膜の比抵抗を測定し、その変化率を求めた。また、得られた金属被覆ポリイミド基板を用いて、サブトラクティブ法によりインナーリード部が２５μmピッチ、アウターリード部が４０μmピッチのリードパターンを形成し、リード表面に無電解めっき法によって錫被膜を厚さ０.６μm形成した。その後、錫めっき被膜におけるウイスカー発生を抑制することを目的として１２０℃、６０分の熱処理を行い、さらに所望な部分に厚さ１０μmのソルダーレジスト層を形成し、これを熱硬化させることを目的として１２０℃で２時間熱処理を行った。以上の処理後、インナーリード部とＩＣチップのパッド部を接合させるために、接合部を４２０℃で１秒間熱圧着し、さらにＩＣチップおよびその周辺部に熱硬化型樹脂を塗布し、１５０℃で３時間熱処理を行うことによってＩＣチップを樹脂封止した。更にその後、アウターリード部と液晶パネルＩＴＯ電極とをＡＣＦ接合するため、接合部を２００℃で５秒間熱圧着した。以上の処理を行った後、インナーリード部およびアウターリード部の接合部を観察し、剥離等の不良発生率を求めた。
表１に金属被覆ポリイミド基板の１５０℃、５時間の熱履歴前後での比抵抗変化率と接合部の不良発生率との関係を実施例１〜４，比較例１〜３として示す。

表１の結果から、比抵抗変化率が３５％を超えると、接合部の剥離等不良発生率が急激に増加することが分かる。

以上述べたように、本発明によって得られる金属被覆ポリイミド基板は、これを用いて得られたＣＯＦとＩＣ、および液晶パネルの組み立て工程において加わる熱履歴を経ても、インナーリード部とＩＣチップ、およびアウターリード部と液晶パネルの接合時に剥離等の問題が発生する危険性を極めて抑制できる。よって本発明によって得られる金属被覆ポリイミド基板は、ＣＯＦなどの電子部品の更なる高密度化を実現することが可能となり、また経済的に製品を供給することが可能となる。

Claims

ポリイミドフィルムの少なくとも片面にスパッタリング及び／又はめっき法により金属被膜が形成された金属被覆ポリイミド基板の評価方法であって、
前記金属被膜中の銅被膜の厚みが０．１〜１０μｍであり、且つ、前記金属被膜中の銅被膜の存在比が膜厚比７０％以上であり、
前記金属被覆ポリイミド基板に対し１５０℃、５時間の熱処理を行った前後の比抵抗の変化率が３０％以下である、
ことを特徴とする金属被覆ポリイミド基板の評価方法。