JP6132425B2

JP6132425B2 - 配線基板の電極高さ均一化方法およびこれを用いた配線基板の製造方法

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Publication number: JP6132425B2
Application number: JP2013038487A
Authority: JP
Inventors: 上原　秀雄; 秀雄上原
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: JP2014166653A

Description

本発明は、配線基板における外部接続用の電極に係り、特に電極高さの均一化が要求される配線基板の電極高さ均一化方法およびこれを用いた配線基板の製造方法に関する。

絶縁基板上に配線および電極パッドが形成された配線基板に、外部接続用電極として、突起形状を有するバンプを形成したバンプ付き配線基板は、ＣＯＦ方式の実装パッケージ用基板や、半導体検査用のフィルムプローブとして利用されている。このバンプ付き配線基板の一例を図６に示す。図６において、図６（ａ）はバンプ付き配線基板１１を上面から見た図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、絶縁基板１の上に配線２および電極パッド３が形成されており、この電極パッド３上にバンプ４が形成されている。

ここで用いられるバンプ４の形成方法として、図７（ａ）に示すように、配線基板１０の上をレジスト膜５で覆いつつも電極パッド３上にレジスト膜５のない開口部５０を有するレジストパターン形成基板１２を得た後、図７（ｂ）のようにレジスト膜５の開口部５０を埋めるように、金属を含有する導電性ペーストを充填したり、金属めっきを行った後に、図７（ｃ）のようにレジスト膜５を除去して所定高さのバンプ５を得る方法が知られている。

ところが、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、導電性ペーストの充填においては、開口部毎の充填量のバラツキ、金属めっきにおいてはめっき液内における電流密度のバラツキにより、最終的なバンプ高さにバラツキが生じる。

特に、電子機器の高集積化が進む昨今においてバンプ高さのバラツキ、すなわち電極高さのバラツキは、ＣＯＦ方式の実装および、半導体検査用のフィルムプローブ用途のいずれにおいても接触不良トラブルの原因となる。

一方、電極として突起形状を有するバンプを用いず、配線２を電極に用いる用途があるが、このような場合においても配線厚みが一定せず、すなわち電極高さが一定せず、接触不良トラブルの原因となることがある。

そこで、電極高さを揃える方法として種々のものが提案されており、中でも特許文献１ではバンプ高さの均一化に関し、図９（ａ）〜図９（ｄ）で図示するように所望のバンプ高さ（Ｈ０）以上の厚みのレジスト膜５を形成し、レジスト膜５の開口部５０に、所望のバンプ高さ以上のバンプ用金属を着設し、次いでバンプ用金属をレジスト膜５とともに高さがＨ０になるように所定量削り、その後、残ったレジスト膜５を取り除くことで所定高さのバンプを形成する方法が記されている。

ところが、特許文献１で対象としている基板は平坦でかつ変形しにくい半導体材料からなるものであり、特許文献１の内容そのままを、ＣＯＦやフィルムプローブに使用するフレキシブルな材料を絶縁基板とする配線基板に適用すると、配線２が形成されていない面の吸着ステージへの固定に際して、吸着穴による凹みが部分的に生じ、レジスト膜の開口部にバンプ用金属を充填したレジストパターン形成基板１２の表面が湾曲や傾斜した状態で固定される（図１０（ａ））。この状態で、バンプ用金属をレジスト膜５とともに削った場合、研磨面と絶縁基板表面との距離が一定しないため（図１０（ｂ））、結果としてバンプ高さにバラツキが生じてしまう。

特開平７−２９７１９６号公報

本発明は上記のような背景を考慮してなされたものであり、フレキシブルな材料を基板とする配線基板の電極高さを均一化方法およびこれを用いた配線基板の製造方法を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するための請求項１に記載の発明は、絶縁基板及び絶縁基板の表面にパターン形成された配線を最小構成単位とする配線基板において、他の部品と接続または接触する電極部分の表面高さを均一化する配線基板の電極高さ均一化方法であって、
配線基板の配線が形成されていない側の面を平坦な補強板に貼り合わせた状態で、配線基板の配線が形成されている側の面に、研磨板の研磨作用面を対向配置して面方向に相対運動をさせることで摩擦力を生じさせて、前記電極部分の表面高さが均一になるように表面研磨を行った後、配線基板を前記補強板から外す配線基板の電極高さ均一化方法で、
前記配線基板の配線が形成されていない側の面を平坦な補強板と貼り合わせるのに際して、接着性を有する樹脂からなる接着層で、前記接着層に対して離型性を有する表面を備えた離型層を挟み込んだ、３層構造の積層体を用いることを特徴としている。

この発明によれば、配線基板は平坦な補強板で固定されるので、フレキシブルな絶縁基板を用いた配線基板であっても平坦な状態にして表面研磨が行えるので、研磨後の電極高さを均一にすることが出来る。また、この発明によれば、表面研磨時には、配線基板を補強板に固定支持しつつも、表面研磨終了後は両者を容易に引き離すことが出来る。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、配線基板上の電極が、配線が形成されている面に開口部を有するレジスト膜を形成した後に前記開口部に金属を充填してからレジスト膜を除去して得られる突起形状を有するバンプであって、レジスト膜の開口部にバンプ用金属が充填された状態で、配線基板の配線が形成されていない側の面を平坦な補強板に貼り合わせた状態で、前記バンプ用金属を前記レジスト膜とともに表面研磨した後、前記補強板から外すとともに、レジスト膜を除去することを特徴としている。

この発明によれば、突起電極であるバンプの高さを均一化することが出来、レジスト膜がある状態で表面研磨を行うことから、表面研磨時にバンプに加わる応力を緩和することが出来る。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記絶縁基板がフレキシブル性を有するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記配線基板の配線が形成されていない側の面と平坦な補強板を貼り合わせる前記積層体の、周辺部の離型層を除去して接着層同士を密着させたことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４いずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記補強板の厚みが０．５ｍｍ以上であることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記補強板が金属板であることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記補強板の、前記配線基板の配線が形成されていない側の面と貼り合わせる面を、貼り合わせを行う前に研磨して平滑化することを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記電極の用途がコンタクトプローブ用電極であることを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、絶縁基板及び絶縁基板の表面にパターン形成された配線を最小構成単位とする配線基板の製造方法であって、他の部品と接続または接触する電極部分の表面高さを、請求項１〜８のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法により、均一化することを特徴としている。

フレキシブルな絶縁基板上の電極高さが均一化され、他の部品との接続等の用途において接触不良を低減できる。また、電極高さの均一化の工程で配線基板自体に機械的なストレスを強いることもない。

本発明に係るバンプ用金属充填に至る工程を説明する図である。本発明に係る補強板上に積層体を形成する工程を説明する図である。本発明に係る表面研磨前後の工程を説明する図である。本発明に係る表面研磨を説明する図である。本発明に係る積層体の周辺部の離型層を除去した状態を説明する図である。バンプ付き配線基板の一例を示す図である。配線基板へのバンプ形成方法を示す図である。バンプ高さにバラツキが生じる状況を説明する図である。表面研磨によりバンプ高さを均一化する公知例を説明する図である。フレキシブル基板において生じる表面研磨の問題点を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１は、配線基板１０の状態から、レジストパターン形成基板１２のレジスト膜５の開口部５０にバンプ用金属を充填するまでの工程を表したものである。

図１（ａ）は絶縁基板１の上に、図示しない配線２と電極パッド３が形成された配線基板１０の断面図である。

絶縁基板１の材質としては、繊維強化ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂または液晶ポリエステル樹脂が好適に用いられるが、それに限定されず用途に応じ、耐熱性、フレキシブル性等の特性を活かした絶縁材料が選ばれる。

配線２および電極パッド３の材質は、導電性と耐食性を兼ね備えた金属および金属合金
が用いられ、一般的に、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金が用いられるが、それに限定されず他の導電材料であってもよく、耐食性を高めるために、金、スズ等を、その表面に積層してもよい。また、配線２および電極パッド３のパターンは、絶縁基板１上の一面を覆うように積層された前記導電材料を、パターンエッチングすることにより形成している。

図１（ｂ）は配線基板１０の、配線２および電極パッド３が形成された側の全面にレジスト膜５を形成した状態である。レジスト膜５は、感光性レジストの塗布または感光性ドライフィルムの貼り合わせにより、配線基板１０上に積層される。レジスト膜５の膜厚は所望するバンプ高さより２〜１５μｍ分厚くする。所望するバンプ高さに対する厚みの超過分が小さいと、後にレジスト膜５の開口部５０にバンプ金属４０を充填する際の高さバラツキの影響で一部の開口部５０上に多量のバンプ金属４０が溢れることになり、超過分が大きいとレジスト材料の使用量が増し、研磨にも時間を要するので好ましくない。

図１（ｃ）は、フォトリソグラフィー法で、レジスト膜５に開口部５０を形成するために、レジスト膜上に露光マスク６を配置している状態を示す。この後、露光・現像によりレジスト膜５が取り除かれた部分が開口部５０となる。なお、本実施の形態でレジスト膜５はポジ型の感光性のものになっているが、ネガ型であっても何ら問題なく、図１（ｄ）のように、所望の開口部５０が得られれば良く、この後、開口部５０にバンプ金属４０を充填する。

バンプ金属４０の充填としては、バンプ用金属を主成分とする導電性ペーストを印刷法を用いて充填し乾燥・硬化させる方法やめっき処理によりバンプ金属４０を析出する方法を用いる。バンプ用金属としては、一般的に、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金が用いられる。バンプ金属４０の充填量としては、レジスト膜５の上面をわずかに突出する状態を目安とするが、図１（ｅ）のようにバラツキが生じる。

以上が、レジストパターン形成基板１２のレジスト膜５の開口部５０にバンプ金属４０を充填したバンプ金属充填基板１３を得るまでの工程であるが、次に、このバンプ金属充填基板１３を固定して配線２の形成された面を研磨する際に、配線２が形成されていない面と貼り合わせるための基板固定用補強板について図２を用いて説明する。

図２（ａ）は、バンプ金属充填基板１３を平坦な状態に固定するための基礎となる補強板７である。補強板７としては、凹凸のない平坦な表面が得られれば、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック等、素材を問わないが、取扱い易さや再使用のし易さから金属が好適であり、中でもコストを考慮すれば鉄やステンレスが優れる。また、湾曲や変形のし難さから厚みは０．５ｍｍ以上あることが望ましい。また、補強板７の表面を研磨することで、平坦度を改善しておくことも好ましく、特に、再使用する場合に有効である。

図２（ｂ）〜図２（ｈ）は補強板７とバンプ金属充填基板１３を貼り合わせるための積層体ＡＬを補強板７の表面上に形成する工程を表したものである。ここで、積層体ＡＬは補強板７よりも小さく、バンプ金属充填基板１３と同等以上の大きさで、バンプ金属充填基板１３の全面を平坦に固定するためのものである。

図２（ｂ）〜図２（ｅ）は補強板７に積層体ＡＬを構成する接着層８２を貼り付ける工程であるが、接着層８２の両面を離型層８１および離型層８３で挟んだ積層フィルム８を用意する。ここで、積層フィルム８の離型層８１および離型層８３は、接着層８２に対する離型性を有する離型剤を表面に塗布した、厚みが１０〜５０μｍの高分子フィルムまたは紙である。この厚みが薄過ぎても厚過ぎても取扱い難くなり作業性が低下する。また、接着層８２は補強板７に対して接着性を有する樹脂からなり、厚みが２０〜５０μｍであれば取扱に好適である。なお、この積層フィルム８として、以上の３層構成からなるドライフィルム型レジストのような市販品を利用することが可能であり、ドライフィルム型レジストを用いた場合、レジスト層が接着層８２に該当し、保護フィルムおよびベースフィルムが離型層８１または離型層８３の何れかに相当する。

図２（ｂ）において、積層フィルム８は、補強板７に対向する離型層８３を剥離（図２（ｃ））した後に、補強板７の上部に位置合わせされ、補強板７に貼り付けられ（図２（ｄ））、次に離型層８１も剥離され、補強板７上に接着層８２のみが貼られた状態となる。

次に、積層フィルム９が用意される。積層フィルム９は、積層フィルム８と同じ構成であり、離型層９１および離型層９３は、接着層９２に対して離型性を有する離型剤を表面に塗布した、厚みが１０〜５０μｍの高分子フィルムまたは紙であり、接着層９２は厚みが２０〜５０μｍの絶縁基板１に対して接着性を有する樹脂からなる。また、積層フィルム８と同様、積層フィルム９として、ドライフィルム型レジストのような市販品を使用することが可能である。なお、積層フィルム８と積層フィルム９は同じ形状、大きさである。

積層フィルム９は、補強板７の上部に貼られた接着層８２と位置合わせを行い（図２（ｆ））、接着層８２の上に積層し（図２（ｇ））、次に両面接着フィルム９の離型層９１を剥離する。

以上の工程により、補強板７の面上に接着層８２と離型層９３と接着層９２の３層からなる積層体ＡＬが形成された基板固定用補強板７０が出来上がる（図２（ｈ））。

そこで、この基板固定用補強板７０にバンプ金属充填基板１３を固定して、表面研磨する工程を次に説明する。

まず、図３（ａ）のように、基板固定用補強板７０の積層体ＡＬに対してバンプ金属充填基板１３の位置合わせを行ってから、バンプ金属充填基板１３を基板固定用補強板７０に貼り合わせる。こうすることで、バンプ金属充填基板１３の配線２が形成されていない側の面が積層体ＡＬの接着層９２を介して基板固定用補強板７０に固定される（図３（ｂ））。

次に、バンプ金属充填基板１３のレジスト膜５の高さが所望のバンプ高さになるまでバンプ金属充填基板１３の配線２が形成されている側の表面研磨を行う。

表面研磨では、図４に示すような研磨板１００を用いてバンプ金属４０およびレジスト膜５の研磨を行う。研磨板１００は所定の平坦度および補強板７と平行に配置され、一定の加重で研磨作業が行える。特に高精度な研磨を行う場合には、半導体ウェハなどの研磨に用いられるラッピング装置やポリッシング装置を用いることも可能である。配線２が形成されている側の面をラッピング装置またはポリッシング装置の研磨作用面（研磨板１００の表面に相当）とを対向配置し、バンプ金属４０とレジスト膜５の双方を研磨可能な研磨剤１０１をその間に塗布し、基板固定用補強板７０のバンプ金属充填基板１３のない側の面から加重をかけるとともに、面方向に沿って、基板固定用補強板７０と研磨作用面で相対運動させることで摩擦力を生じさせて研磨が出来る。

なお、面方向に沿った摩擦力が生じる際も、積層体ＡＬの離型層９３と接着層８２および離型層９３と接着層９２の間で面方向にスベリが生じることはない。ただし、積層体ＡＬの周辺部で接着力が低下して剥がれが生じることがある。そこで、図５に示すように積層体ＡＬの周辺部の離型層９３を除去して接着層８２と接着層９２を密着させておけば、表面研磨時も、積層体ＡＬの周辺部で剥がれを生じることはなくなる。積層体ＡＬの周辺部の離型層９３の除去は、図２（ｆ）に示す、積層フィルム９を接着層８２に積層する前の段階で行っておくのが良い。

図３（ｃ）のようにレジスト膜５が所定の高さになるまで、バンプ金属４０およびレジスト膜５を研磨すると、バンプ金属充填基板１３と基板固定用補強板７０に固定する必要がなくなる。そこで、バンプ金属充填基板１３を基板固定用補強板７０から離そうとすれば、接着層９２と離型層９３の界面または接着層８２と離型層９３の界面で簡単に剥離し、仮に接着層８２と離型層９３の界面で剥離した場合でも、接着層９２から離型層９３を簡単に剥がすことが出来、バンプ金属充填基板１３の配線２が形成されていない面には接着層９３のみが残る。ここで、図５のように、積層体ＡＬの周辺部の離型層を除去しておいた場合においては、研磨後に図５のＣＵＴと示している位置に切れ込みを入れておく必要がある。

次に、バンプ金属充填基板１３の、配線２が形成されていない側の面に残った接着層９２を薬液で溶かして除去し（図３（ｆ））、更にレジスト膜５を薬液で溶かして除去すれば、所望高さのバンプ４が形成されたバンプ付き配線基板１１が得られる。なお、図３（ｆ）において、接着層９２を除去しているが、接着層９２の材料を選べばレジスト膜５を同時に除去することも可能である。また、接着粗９２に先だってレジスト膜５を除去しても良い。

なお、バンプ４を形成しない場合の電極高さ均一化は、図１（ａ）の状態の配線基板１０を図２（ｈ）の基板固定用補強板７０に貼り付けた状態で、配線２が形成されている側の面を研磨し、その後は図３（ｄ）〜図３（ｅ）と同じ処理を行えば良い。当然のことながら、配線基板全面の配線高さも均一化される。

以上のように、積層体ＡＬが離型層９３を接着層８２および接着層９２で挟み込んだ３層構造であるため、研磨後にバンプ金属充填基板１３（または配線基板１０）を補強板７から離すことが容易であり、その後に残った接着層の除去も薬液により、容易に行えることが出来る。これが、３層構造ではなく接着層のみ１層であったら、引き剥がそうとすると、補強板７は平坦さを保つための厚さであるため、バンプ金属充填基板１３に、引っ張りや屈曲による応力が加わり、寸法変化等の弊害が加わる。また、接着層を薬液で溶かそうとすると、接着面全面に薬液を接することが出来ないため、長時間薬液に浸透させる必要が生じて好ましくない。

本発明は、配線基板における外部接続用電極の高さ均一化に係り、特に他部品等との電気的接続の信頼性が要求される配線基板の製造に好適なものである。

１絶縁基板
２配線
３電極パッド
４バンプ
５レジスト膜
６露光マスク
７補強板
８積層フィルム
９積層フィルム
１０配線基板
１１バンプ付き配線基板
１２レジストパターン形成基板
１３バンプ金属充填基板
７０基板固定用補強板
８１離型層
８２接着層
８３離型層
９１離型層
９２接着層
９３離型層
ＡＬ積層体
Ｈ０所望するバンプ高さ

Claims

絶縁基板及び絶縁基板の表面にパターン形成された配線を最小構成単位とする配線基板において、他の部品と接続または接触する電極部分の表面高さを均一化する配線基板の電極高さ均一化方法であって、
配線基板の配線が形成されていない側の面を平坦な補強板に貼り合わせた状態で、配線基板の配線が形成されている側の面に、研磨板の研磨作用面を対向配置して面方向に相対運動をさせることで摩擦力を生じさせて、前記電極部分の表面高さが均一になるように表面研磨を行った後、配線基板を前記補強板から外す配線基板の電極高さ均一化方法で、
前記配線基板の配線が形成されていない側の面を平坦な補強板と貼り合わせるのに際して、接着性を有する樹脂からなる接着層で、前記接着層に対して離型性を有する表面を備えた離型層を挟み込んだ、３層構造の積層体を用いることを特徴とする配線基板の電極高さ均一化方法。
請求項１に記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、配線基板上の電極が、配線が形成されている面に開口部を有するレジスト膜を形成した後に前記開口部に金属を充填してからレジスト膜を除去して得られる突起形状を有するバンプであるとき、
レジスト膜の開口部にバンプ用金属が充填された状態で、配線基板の配線が形成されていない側の面を平坦な補強板に貼り合わせた状態で、前記バンプ用金属を前記レジスト膜とともに表面研磨した後、前記補強板から外すとともに、レジスト膜を除去することを特徴とする配線基板の電極高さ均一化方法。
請求項１または請求項２に記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記絶縁基板がフレキシブル性を有するものである配線基板の電極高さ均一化方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記配線基板の配線が形成されていない側の面と平坦な補強板を貼り合わせる前記積層体の、周辺部の離型層を除去して接着層同士を密着させたことを特徴とする配線基板の電極高さ均一化方法。
請求項１〜４いずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記補強板の厚みが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする配線基板の電極高さ均一化方法。
請求項１〜５のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記補強板が金属板であることを特徴とする配線基板の電極高さ均一化方法。
請求項１〜６のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記補強板の、前記配線基板の配線が形成されていない側の面と貼り合わせる面を、貼り合わせを行う前に研磨して平滑化することを特徴とする配線基板の電極高さ均一化方法。
請求項１〜７のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法であって、前記電極の用途がコンタクトプローブ用電極であることを特徴とする配線基板の電極高さ均一化方法。
絶縁基板及び絶縁基板の表面にパターン形成された配線を最小構成単位とする配線基板の製造方法であって、他の部品と接続または接触する電極部分の表面高さを、請求項１〜８のいずれかに記載の配線基板の電極高さ均一化方法により、均一化することを特徴とする配線基板の製造方法。