JP5184115B2 - 配線回路基板およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、配線回路基板およびその製造方法に関する。
従来、LSI(Large scale integration)等の電子部品をフィルム状の基板に実装する技術として、COF(chip on film)実装技術がある。一般的に、COF用の基板(以下、COF基板と呼ぶ)は、ポリイミドからなる絶縁層と銅からなる導体パターンとの2層構造を有する。導体パターンには、端子部が形成される。導体パターンの端子部に電子部品の端子部(バンプ)がボンディングされる。
ところで、COF基板のファインピッチ化および電子部品の高性能化に伴い、駆動時の発熱量が多くなる。それにより、電子部品の誤動作等の不具合が発生することがある。そのため、放熱を十分に行うことが重要になる。そこで、COF基板の絶縁層の裏面(電子部品がボンディングされない側の面)に、放熱のための金属層を設けることが提案されている。
特開2007−27682号公報
例えば特許文献1に開示されるテープ配線基板では、チップ実装領域の下部において、ベースフィルムの下部面に金属層が形成されている。
図9は、金属層が設けられた従来のCOF基板の模式的断面図である。図9のCOF基板200においては、絶縁層31の一面に導体パターン32が設けられ、他面に金属層33が設けられている。導体パターン32の端子部に、電子部品35のバンプ35aがボンディングされる。このような構成により、電子部品35の熱が金属層33を通して放散される。
電子部品35は、例えば熱圧着により導体パターン32の端子部に接続される。その場合、COF基板200の絶縁層31および金属層33が熱によって膨張する。また、電子部品35の駆動時においても、電子部品35から発生する熱によって絶縁層31および金属層33が膨張する。
電子部品35のバンプ35a間の距離は、金属層33の膨張量よりも著しく小さい。そのため、絶縁層31および金属層33が膨張した場合、導体パターン32の端子部に応力が加わる。
金属層33が設けられていない場合には、絶縁層31が柔軟に撓むため、端子部に加わる応力が緩和される。しかしながら、金属層33が設けられる場合には、絶縁層31が撓みにくくなる。したがって、端子部への応力が緩和されない。その結果、導体パターン32が絶縁層31から剥離したり、導体パターン32の端子部が電子部品35のバンプ35aから離間したりする。
本発明の目的は、放熱性が十分に確保されるとともに電子部品との接続性が向上された配線回路基板およびその製造方法を提供することである。
(1)第1の発明に係る配線回路基板は、電子部品が実装される実装領域を有する配線回路基板であって、絶縁層と、絶縁層の一面に形成され、電子部品に電気的に接続されるべき導体パターンと、絶縁層の他面に形成され、開口部を有する金属層とを備え、開口部は、金属層を分断しないように実装領域に重なる金属層の領域に形成された線状のスリットを含むものである。
この配線回路基板においては、絶縁層の一面に形成された導体パターンに電子部品が接続される。電子部品の熱は、絶縁層の他面に形成された金属層を通して放散される。それにより、電子部品の誤動作の発生を防止することができる。
電子部品の熱圧着時および駆動時には、絶縁層および金属層が熱膨張する。その場合、金属層の膨張に追従するように絶縁層が膨張する。そこで、実装領域に重なる金属層の領域に開口部が形成されることにより、絶縁層および金属層の熱膨張時に導体パターンに加わる応力が緩和される。それにより、導体パターンと電子部品との接続性が向上される。
また、開口部は、線状のスリットを含む。それにより、金属層の面積を十分に確保することができる。そのため、金属層による放熱性を十分に確保することができる。
口部は、金属層を分断するように形成されてもよい。この場合、分断された各領域において金属層が外側に拡がるように膨張する。それにより、導体パターンに加わる応力が分散される。したがって、導体パターンに加わる応力が十分に緩和され、導体パターンと電子部品との接続性がさらに向上される。
口部は、金属層を複数の領域に等分するように形成されてもよい。この場合、導体パターンに加わる応力がより十分に緩和される。それにより、導体パターンと電子部品との接続性がさらに向上される。
)実装領域は矩形状を有し、スリットは、実装領域の互いに平行な一対の辺に平行に形成されてもよい。この場合、簡単な構成で効果的に導体パターンに加わる応力を緩和することができる。
(3)スリットの幅は、50μmよりも大きく500μmよりも小さくてもよい。
)第2の発明に係る配線回路基板の製造方法は、電子部品が実装される実装領域を有する配線回路基板の製造方法であって、絶縁層の一面に、電子部品に電気的に接続されるべき導体パターンを形成する工程と、絶縁層の他面に、開口部を有する金属層を形成する工程とを備え、開口部は、金属層を分断しないように実装領域に重なる金属層の領域に形成された線状のスリットを含むものである。
この配線回路基板の製造方法においては、絶縁層の一面に導体パターンが形成され、絶縁層の他面に金属層が形成される。この場合、導体パターンに接続された電子部品の熱が、金属層を通して放散される。それにより、電子部品の誤動作の発生を防止することができる。
電子部品の熱圧着時および駆動時には、絶縁層および金属層が熱膨張する。その場合、金属層の膨張に追従するように絶縁層が膨張する。そこで、実装領域に重なる金属層の領域に開口部が形成されることにより、絶縁層および金属層の熱膨張時に導体パターンに加わる応力が緩和される。それにより、導体パターンと電子部品との接続性が向上される。
また、開口部は、線状のスリットを含む。それにより、金属層の面積を十分に確保することができる。そのため、金属層による放熱性を十分に確保することができる。
本発明によれば、電子部品の熱が、絶縁層の他面に形成された金属層を通して放散される。それにより、電子部品の誤動作の発生が防止される。また、絶縁層および金属層の熱膨張時に導体パターンに加わる応力が緩和される。それにより、導体パターンと電子部品との接続性が向上される。
以下、本発明の一実施の形態に係る配線回路基板およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、配線回路基板の一例としてCOF(chip
on film)用の基板(以下、COF基板と呼ぶ)について説明する。
(1)構成
図1は本発明の参考形態に係るCOF基板の断面図であり、図2は本発明の参考形態に係るCOF基板の平面図である。なお、図2(a)は図1におけるCOF基板の上面を示し、図2(b)は図1におけるCOF基板の下面を示す。また、図2(a)および図2(b)のA−A線断面が図1の断面に相当する。
図1および図2に示すように、COF基板100は例えばポリイミドからなる絶縁層1を有する。絶縁層1の一面の略中央部には、実装領域Sが設けられる。実装領域Sの内側から外側に延びるように導体パターン2が形成される。なお、導体パターン2は、電気信号を伝送するための信号線と、電気信号を伝送しないダミー線とを含む。実装領域Sの周囲において、導体パターン2を覆うようにカバー絶縁層4が形成される。実装領域S上には、導体パターン2の端子部21が配置される。
実装領域Sに重なるように、COF基板100上に電子部品5(例えばLSI(Large scale integration))が実装される。具体的には、電子部品5のバンプ5a(図1)が導体パターン2の端子部21に例えば熱圧着によりボンディングされる。実装領域Sの形状は、平面視における電子部品5の形状と等しく設定される。本例では、長方形状を有する電子部品5が用いられる。
図2(b)に示すように、絶縁層1の他面には例えば銅からなる金属層3が設けられる。金属層3には、電子部品5に対向する領域を横切りかつ金属層3を分断するように、スリット3aが形成される。
このCOF基板100においては、電子部品5から発生する熱が、絶縁層1を介して金属層3に伝達されて放散される。そのため、電子部品5およびその周囲に熱が滞留しないので、電子部品5に誤作動が発生することが防止される。
なお、スリット3aの幅は50μmよりも大きく500μmよりも小さいことが好ましい。また、スリット3aは電子部品5の短辺に平行であることが好ましく、金属層3を2等分するように形成されることが好ましい。
(2)絶縁層および金属層の膨張
電子部品5の熱圧着時または駆動時においては、COF基板100の絶縁層1および金属層3に熱が加わる。それにより、絶縁層1および金属層3が熱膨張する。この場合、剛性が高い金属層3の膨張に追従するように、絶縁層1が膨張する。
図3および図4は、熱膨張時における絶縁層1および金属層3の変化を模式的に示す図である。図3(a)および図3(b)には金属層3にスリット3aが形成されていない場合の絶縁層1および金属層3の変化が示され、図4(a)および図4(b)には金属層3にスリット3aが形成されている場合の絶縁層1および金属層3の変化が示される。
なお、図3(a)および図4(a)には、COF基板100の模式的側面が示され、図3(b)および図4(b)には、導体パターン2の端子部21に加わる応力が模式的に示される。図3(b)および図4(b)において、横軸は金属層3の幅方向における位置を示し、縦軸は導体パターン2の端子部21に加わる応力を示す。
図3(a)に示すように、熱が加わることによって金属層3が外側に拡がるように膨張する。それに伴い絶縁層1が外側に拡がるように膨張する。電子部品5のバンプ5a間の距離は、金属層3の膨張量に比べて著しく小さい。そのため、導体パターン2の端子部21の間隔が金属層3の膨張量に比べて著しく小さい状態で維持される。
これにより、絶縁層1の一面に平行な方向の応力(せん断応力)が導体パターン2の端子部21に加わる。ここで、絶縁層1の膨張は金属層3の膨張に追従するので、金属層3に対向する領域上においては、図3(b)に示すように、金属層3の中心部P1からの距離が長いほど端子部21に加わる応力が大きくなる。
電子部品5に対向する領域を覆うように金属層3が形成されている場合、すなわち金属層3にスリット3aが形成されていない場合には、金属層3の中心部P1から遠い位置にある端子部21に著しく大きな応力が加わる。
それに対して、図4(a)に示すように、金属層3を分断するようにスリット3aが形成されている場合には、分断された金属層3の各領域において、金属層3が外側に拡がるように膨張する。この場合、図4(b)に示すように、端子部21に加わる応力は、分断された金属層3の各領域における中心部P2からの距離に依存する。
分断された金属層3の各領域の端部と中心部P2との距離は、図3(a)の金属層3の端部と中心部P1との距離に比べて小さい。そのため、端子部21の一部に著しく大きな応力が加わることが防止され、端子部21に加わる応力が全体的に緩和される。
(3)製造方法
次に、参考形態に係るCOF基板100の製造方法の一例を説明する。図5および図6は、参考形態に係るCOF基板100の製造方法について説明するための工程断面図である。なお、図5および図6に示す断面は、図2のB−B線断面に相当する。
図5(a)に示すように、ポリイミドおよび銅からなる2層基材を用意する。この2層基材は、COF基板100の絶縁層1および金属層3に相当する。
まず、絶縁層1の上面にスパッタリングにより金属薄膜(図示せず)を形成する。そして、図5(b)に示すように、金属薄膜上に導体パターン2(図1)の反転パターンを有するドライフィルムレジスト12を形成する。反転パターンは、ドライフィルムレジスト12に露光および現像を行うことにより形成される。
次に、図5(c)に示すように、絶縁層1の露出部分(金属薄膜の露出部分)に電解めっきにより導体パターン2を形成する。そして、図5(d)に示すように、ドライフィルムレジスト12を剥離液によって除去するとともに、ドライフィルムレジスト12下の金属薄膜の領域をエッチングにより除去する。
続いて、電子部品5との接続のための表面処理として、導体パターン2の表面に錫の無電解めっきを行う。その後、図6(e)に示すように、導体パターン2の所定の領域を覆うようにカバー絶縁層4を形成する。
次に、図6(f)に示すように、スリットを形成する領域を除いて金属層の下面にドライフィルムレジスト13を形成する。そして、図(g)に示すように、露出する金属層3の部分をエッチングし、スリット3aを形成する。その後、図6(h)に示すように、剥離液によってドライフィルムレジスト13を除去する。このようにして、参考形態に係るCOF基板100が完成する。
なお、ここでは導体パターン2をセミアディティブ法により形成する例を示したが、導体パターン2をサブトラクティブ法により形成してもよい。
(4)参考形態の効果
参考形態では、電子部品5に対向する領域を横切って金属層2を分断するようにスリット3aが形成される。それにより、端子部21に加わる応力が全体的に緩和される。その結果、電子部品5のバンプ5aと導体パターン2の端子部2aとの接続性が向上される。
(5)参考例および比較例
(5−1)参考
次の条件でCOF基板100を作製した。
絶縁層1の材料としてポリイミドを用い、導体パターン2および金属層3の材料として銅を用いた。また、絶縁層1の厚さを35μmをとし、金属層3の厚さを15μmとした。また、導体パターン2の端子部21の幅を8μmとし、隣接する端子部21間の間隔を12μmとした。また、平面視において1.6mmの短辺および15mmの長辺を有する電子部品5を用いた。
また、金属層3を2等分しかつ電子部品5の短辺に平行に延びるスリット3aを形成した。スリット3aの幅は、100μmに設定した。
(5−2)比較例
金属層3にスリット3aを形成しない点を除いて上記参考例と同様にCOF基板100を作製した。
(5−3)評価
参考例および比較例のCOF基板100に熱圧着により電子部品5を実装した。なお、実装時のツール温度を430℃とし、ステージ温度を100℃とし、実装荷重を30Nとした。ここで、ツール温度は、導体パターン2の端子部21または電子部品5のバンプ5aの加熱温度であり、ステージ温度は、電子部品5の実装時にCOF基板100が載置されるステージの温度である。
その結果、参考例のCOF基板100においては、金属層3を通して十分に放熱が行われるとともに、導体パターン2の端子部21と電子部品5のバンプ5aとの接続が良好に維持された。一方、比較例のCOF基板100においては、導体パターン2の一部が断線し、導体パターン2の端子部21と電子部品5のバンプ5aとの間で接続不良が生じた。
これにより、金属層3にスリット3aを形成することにより、十分に放熱性を確保しつつ導体パターン2の端子部21と電子部品5のバンプ5aとの接続性を向上させることができることがわかった。
(6)スリットの変形例
金属層3に形成されるスリット3aの配置および形状は上記の例に限定されない。図7および図8は、金属層3に形成されるスリット3aの変形例を示す図である。
図7(a)の例では、金属層3をほぼ3等分するように、2本のスリット3aが形成されている。この場合、3つの領域において金属層3が膨張する。そのため、導体パターン2の端子部21に加わる応力がより十分に緩和される。なお、金属層3を分断するように1または複数のスリット3aが形成される場合、金属層3が複数の領域に等分されることが好ましい。また、スリット3aの数は、1本以上5本以下であることが好ましい。
図7(b)〜図8(e)の例では、図1および図2に示した例に比べて金属層3の面積がより大きく設定されている。そのため、金属層3による放熱性がさらに向上する。
さらに、図7(c)〜図8(e)の例では、金属層3を分断しないようにスリット3aが形成されている。図7(c)〜図8(e)の例は、本発明の実施の形態である。この場合、金属層3による放熱性をより十分に確保しつつ導体パターン2の端子部21に加わる応力を緩和することができる。
また、図8(e)の例では、半円弧状のスリット31aが金属層3に形成されている。このように、スリットが直線状ではない場合にも、金属層3による放熱性を確保しつつ導体パターン2の端子部21に加わる応力を緩和することができる。
スリットの位置、数および形状はこれらに限定されず、電子部品5の形状または大きさ等に応じて、適宜変更してもよい。また、線状のスリットの代わりに、円形状または三角形状等の他の形状を有する開口部が金属層3に形成されてもよい。
(7)請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
上記実施の形態では、COF基板100が配線回路基板の例であり、スリット3a,31aが開口部の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
(8)他の実施の形態
絶縁層1の材料は、ポリイミドに限らず、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルフォン等の他の絶縁材料を用いてもよい。また、導体パターン2の材料は、銅に限らず、銅合金、金、アルミニウム等の他の金属材料を用いてもよい。
金属層3の材料は、銅に限らない。ただし、例えば銅、金、銀またはアルミニウム等の熱伝導率が高い金属を用いることが好ましい。
本発明は、フレキシブル配線回路基板、リジッド配線回路基板等の種々の配線回路基板に適用することができる。また、電子部品としては、LSIに限らず、コンデンサ等の他の電子部品を用いてもよい。
本発明は、電子部品が実装される種々の配線回路基板に有効に利用できる。
参考形態に係るCOF基板の断面図である。 参考形態に係るCOF基板の平面図である。 絶縁層および金属層の熱膨張時における変化を示す図である。 絶縁層および金属層の熱膨張時における変化を示す図である。 参考形態に係るCOF基板の製造方法について説明するための工程断面図である。 参考形態に係るCOF基板の製造方法について説明するための工程断面図である。 金属層に形成されるスリットの変形例を示す図である。 金属層に形成されるスリットの変形例を示す図である。 金属層を備えた従来のCOF基板の模式的断面図である。
符号の説明
1,31 絶縁層
2,32 導体パターン
3,33 金属層
3a,31a スリット
4 カバー絶縁層
5,35 電子部品
5a,35a バンプ
21 端子部
S 実装領域
100,200 COF基板

Claims (4)

  1. 電子部品が実装される実装領域を有する配線回路基板であって、
    絶縁層と、
    前記絶縁層の一面に形成され、前記電子部品に電気的に接続されるべき導体パターンと、
    前記絶縁層の他面に形成され、開口部を有する金属層とを備え、
    前記開口部は、前記金属層を分断しないように前記実装領域に重なる前記金属層の領域に形成された線状のスリットを含むことを特徴とする配線回路基板。
  2. 前記実装領域は矩形状を有し、
    前記スリットは、前記実装領域の互いに平行な一対の辺に平行に形成されることを特徴とする請求項記載の配線回路基板。
  3. 前記スリットの幅は、50μmよりも大きく500μmよりも小さいことを特徴とする請求項1または2記載の配線回路基板。
  4. 電子部品が実装される実装領域を有する配線回路基板の製造方法であって、
    絶縁層の一面に、前記電子部品に電気的に接続されるべき導体パターンを形成する工程と、
    前記絶縁層の他面に、開口部を有する金属層を形成する工程とを備え、
    前記開口部は、前記金属層を分断しないように前記実装領域に重なる前記金属層の領域に形成された線状のスリットを含むことを特徴とする配線回路基板の製造方法。
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