KR100478314B1 - 다층구조의 플렉시블 배선판과 그 제조방법 - Google Patents

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소니 케미카루 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 반도체 소자의 탑재에 적합한 플렉시블 배선판을 제공한다.
(해결수단) 플렉시블 기판 소편 (10) 의 금속배선 (15) 에, 다른 플렉시블 기판 소편 (30) 의 금속돌기 (42) 를 맞닿게 하고, 초음파 인가에 의해 접속할 때, 미리 금속배선 (15) 과 금속돌기 (42) 중 적어도 한쪽의 표면에 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막 (21, 43) 을 형성해 둔다. 전체를 가열하면서 초음파 접합하면 신뢰성이 높은 접합을 얻을 수 있다.

Description

다층구조의 플렉시블 배선판과 그 제조방법{MULTI-LAYER FLEXIBLE WIRING BOARDS AND FABRICATING METHODS THEREOF}
본 발명은 다층구조의 플렉시블 배선판의 기술분야에 관한 것으로, 특히 반도체 소자를 탑재하기에 적합한 플렉시블 배선판에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 소형화에 대한 요구가 점점 높아지면서, 패키지되어 있지 않은 상태의 반도체 소자를 탑재할 수 있는 다층구조의 플렉시블 배선판이 중요시되고 있다.
도 8 의 (a) 를 참조하면, 부호 (110, 130) 는 두 종류의 단층구조의 플렉시블 기판 소편을 나타내고 있으며, 이들 플렉시블 기판 소편 (110, 130) 을 사용하여 종래 기술의 다층구조의 플렉시블 배선판을 제조하는 공정을 설명한다.
두 종류의 플렉시블 기판 소편 (110, 130) 중, 한쪽 플렉시블 기판 소편 (110) 은, 베이스필름 (112) 과, 이 베이스필름 (112) 상에 배치된 금속배선 (115) 과, 이 금속배선 (115) 상에 부착된 커버필름 (117) 을 가지고 있다.
금속배선 (115) 과 커버필름 (117) 은 소정형상으로 패터닝되어 있고, 이 패터닝에 의해 커버필름 (117) 에는 복수의 개구부 (119) 가 형성되어 있다. 각 개구부 (119) 는, 금속배선 (115) 상의 위치에 배치되어 있다.
다른 쪽 플렉시블 기판 소편 (130) 은, 마찬가지로, 베이스필름 (137) 과, 이 베이스필름 (137) 상에 배치된 금속배선 (135) 과, 금속배선 (135) 상에 부착된 커버필름 (132) 을 가지고 있다.
베이스필름 (137) 과 커버필름 (132) 과 금속배선 (135) 은, 각각 소정형상으로 패터닝되어 있고, 이 패터닝에 의해 커버필름 (132) 과 베이스필름 (137) 에는 각각 복수의 개구부 (138, 139) 가 형성되어 있다.
각 개구부 (138, 139) 는, 각각 금속배선 (135) 상에 배치되어 있고, 베이스필름 (137) 에 형성된 개구부 (139) 바닥면에는 금속배선 (135) 표면이 노출되어 있으며, 한편, 커버필름 (132) 에 형성된 개구부 (138) 내에는 도금법에 의해 구리가 충전되어 있다. 이 구리는 커버필름 (132) 표면으로부터 뚫고 튀어나오기까지 성장되어 있고, 그 선단부분에는 도금법에 의해 납땜피막 (140) 이 형성되어, 돌기본체 (136) 와 납땜피막 (140) 으로 금속돌기 (142) 가 구성되어 있다.
상기와 같은 플렉시블 기판 소편 (110, 130) 을 접착하여 다층구조의 플렉시블 배선판을 만들기 위해서는, 우선 도 8 의 (a) 에 나타낸 것과 같이, 2 장의 플렉시블 기판 소편 (110, 130) 의 커버필름 (117, 132) 끼리를 서로 마주보게 배치하고, 열가소성수지 필름 (151) 을 사이에 끼워 밀착시킨다.
열가소성 필름 (151) 은, 가열되면 연화하여 접착력을 발생하는 성질을 가지고 있으며, 플렉시블 기판 소편 (130, 110) 끼리를 세게 누르면서 가열하여, 열가소성수지 필름 (15) 을 연화시키면, 커버필름 (117, 132) 사이가 접착됨과 동시에, 금속돌기 (142) 가 연화한 열가소성수지 필름 (151) 내로 밀려 들어가, 그 선단부분이 금속배선 (115) 상에 맞닿는다 (도 8 의 (b)).
이 상태에서, 플렉시블 기판 소편 (110, 130) 을 다시 승온하면, 납땜피막 (140) 을 구성하는 납땜금속이 용융된다. 이어서 냉각하면, 고화된 납땜금속 (155) 에 의해 돌기본체 (136) 와 금속배선 (115) 이 접속되어, 다층구조의 플렉시블 배선판 (150) 이 얻어진다 (도 8 의 (c)).
이 플렉시블 배선판 (150) 에 반도체칩 등의 전기부품을 접속하는 경우는, 위치를 맞추어서, 도 9 의 (a) 에 나타낸 것과 같이, 전기부품 (170) 의 소자본체 (171) 에 형성된 범프 (175) 를, 베이스필름 (137) 의 개구부 (139) 바닥면에 노출하는 금속배선 (135) 상에 위치시켜, 범프 (175) 선단을 금속배선 (135) 표면에 맞닿게한다.
이 범프 (175) 는, 구리로 이루어지는 돌기본체 (172) 와, 그 표면에 형성된 납땜피막 (173) 으로 구성되어 있고, 범프 (175) 선단을 금속배선 (135) 표면에 맞닿게 한 상태에서 전기부품 (170) 을 가열하면, 납땜피막 (173) 이 용융하여 돌기본체 (172) 가 금속배선 (135) 에 접속된다.
따라서, 전기부품 (170) 과 다층구조의 플렉시블 배선판 (150) 이 납땜피막 (173) 을 사이에 두고 접속된다.
그러나, 상기와 같은 플렉시블 배선판 (150) 에서는, 반도체칩 (170) 의 납땜피막 (173) 을 용융시킬 때에, 플렉시블 배선판 (150) 내의 납땜금속 (155) 도 가열되어 버린다.
이 경우, 납땜금속 (155) 이 약해지거나(무르게되거나), 혹은 재용융하면, 접속불량이 발생하고 만다. 도 9 의 (b) 의 부호 (156) 는, 플렉시블 배선판 (150) 내의 금속배선 (115, 135) 끼리의 접속부분이고, 납땜피막 (155) 이 재용융한 결과, 금속배선 (115, 135) 사이가 접속불량으로 된 상태를 나타내고 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점이 발생하지 않는 다층구조의 플렉시블 배선판과 그 제조기술을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 금속배선을 가지고 있고 상기 금속배선의 적어도 일부 표면에 금속피막이 노출된 플렉시블 기판 소편과, 표면에 금속피막이 형성된 금속돌기를 갖는 플렉시블 기판 소편을 중첩하여, 다층구조의 플렉시블 배선판을 제조하는 플렉시블 배선판의 제조방법으로서, 상기 금속배선상의 금속피막과 상기 금속돌기 표면의 금속피막 중, 어느 한쪽 또는 양쪽의 금속피막의 표면을 비커스 경도 (Vickers hardness) 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막으로 구성시켜 두고, 상기 금속배선상의 금속피막과, 상기 금속돌기 표면의 금속피막을 접촉시킨 상태에서 초음파를 인가하여, 상기 금속배선과 상기 금속돌기를 접속시키는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법이다.
본 발명은, 금속배선을 가지고 있고 상기 금속배선의 적어도 일부 표면에 금속피막이 노출된 플렉시블 기판 소편과, 표면에 금속피막이 형성된 금속돌기를 갖는 플렉시블 기판 소편을 중첩하여, 다층구조의 플렉시블 배선판을 제조하는 플렉시블 배선판의 제조방법으로서, 상기 금속배선상의 금속피막과 상기 금속돌기 표면의 금속피막 중, 어느 한쪽의 금속피막의 표면을 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막으로 구성시키고, 다른 쪽의 금속피막의 표면을 비커스 경도 120 kgf/㎜2 이상의 경질금속피막과, 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막을 적층하여 구성시켜 두고, 상기 금속배선상의 연질금속피막과, 상기 금속돌기 표면의 연질금속피막을 접촉시켜 초음파를 인가하여, 상기 금속배선과 상기 금속돌기를 접속시키는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법이다.
본 발명은, 상기 초음파를 인가하기 전에 상기 플렉시블 기판 소편 사이에 열가소성 필름을 배치하여, 상기 플렉시블 기판 소편끼리를 미리 서로 접착해 두고, 상기 초음파 인가시에, 적어도 한쪽의 상기 플렉시블 기판 소편을 강하게 눌러 상기 금속피막끼리를 접촉시키는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법이다.
본 발명은, 상기 초음파를 인가할 때에, 상기 플렉시블 기판 소편의 적어도 한쪽을 50 ℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법이다.
본 발명은, 적어도 2 층의 금속배선이 절연층을 사이에 끼워 적층되고, 한쪽의 상기 금속배선상에 설치된 금속돌기가, 다른 쪽의 금속배선에 초음파 인가에 의해 접속된 다층구조의 플렉시블 배선판으로서, 상기 금속돌기와, 상기 금속돌기에 접속되는 금속배선 중 적어도 한쪽 표면에는 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막이 형성된 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판이다.
본 발명은, 상기 연질금속피막이, 금을 주성분으로 하는 금피막, 백금을 주성분으로 하는 백금피막, 은을 주성분으로 하는 은피막, 팔라듐을 주성분으로 하는 팔라듐피막 중 어느 1 종 이상의 금속피막으로 구성된 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판이다.
본 발명은, 적어도 2 층의 금속배선이 절연층을 사이에 끼워 적층되고, 한쪽의 상기 금속배선상에 설치된 금속돌기가, 다른 쪽의 금속배선에 초음파 인가에 의해 접속된 다층구조의 플렉시블 배선판으로서, 상기 금속돌기와, 상기 금속돌기에 접속되는 금속배선 중 어느 한쪽 표면에는, 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막이 형성되고, 다른 쪽 표면에는 비커스 경도 120 kgf/㎜2 이상의 경질금속피막과, 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막이 적층되어, 상기 금속돌기 표면의 연질금속피막과, 상기 금속배선상의 연질금속피막이 초음파의 인가에 의해 접속된 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판이다.
본 발명은, 상기 경질금속피막이 니켈을 주성분으로 하는 니켈피막으로 구성된 것을 특징으로 하는 플렉시블 배선판이다.
본 발명은, 상기 금속돌기 표면의 연질금속피막과 상기 금속배선상의 연질금속피막 중 어느 한쪽 또는 양쪽은, 금을 주성분으로 하는 금피막, 백금을 주성분으로 하는 백금피막, 은을 주성분으로 하는 은피막, 팔라듐을 주성분으로 하는 팔라듐피막 중 어느 1 종 이상의 금속피막으로 구성된 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판이다.
본 발명은, 상기 다층구조의 플렉시블 배선판과, 상기 다층구조의 플렉시블 배선판에 납땜 접속된 전기부품을 갖는 전기장치이다.
본 발명은 상기와 같이 구성되어 있고, 금속돌기의 표면의 금속피막과 금속배선상에 형성된 금속피막이 접촉되어, 초음파가 인가되어 접속되어 있다. 따라서, 플렉시블 기판 소편의 금속배선사이가 납땜 접속되어 있지 않고, 금속피막끼리의 금속접합에 의해 접속되어 있다. 따라서, 본 발명의 다층구조의 플렉시블 기판과 전기부품을 납땜금속을 사이에 두고 접속하는 경우, 본 발명의 다층구조의 플렉시블 배선판이 납땜이 용융하는 온도로 가열되었다고 해도, 금속배선 사이가 개방상태로 되어 버리거나, 금속배선 사이의 접속이 열화되는 일이 없다.
서로 접촉되는 금속피막 중, 적어도 한쪽 금속피막은, 비커스 경도 80 kgf/㎜2 (1 kgf/㎜2 = 9.80665 N/㎜2 ) 이하의 연질금속피막으로 구성되어 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 초음파 인가에 의해 금속피막끼리가 확실하게 접속되기 때문에, 그 결과, 접속신뢰성이 높은 다층구조의 플렉시블 배선판이 얻어진다.
연질금속피막에 접속되는 금속피막은, 연질금속피막에서도 비커스 경도 120 kgf/㎜2 이상인 경질금속피막일 수도 있다. 또, 경질금속피막와 연질금속피막을 적층시킬수도 있다.
특히, 금으로 구성된 연질금속피막에 대하여, 금으로 구성된 연질금속피막을 접촉시켜 초음파로 접속시키면, 금피막끼리는 접합성이 높기 때문에, 내열피로성이 높은 플렉시블 배선판을 얻을 수 있다.
금피막의 하층에 니켈로 이루어지는 경질금속피막을 형성해두면, 초음파에 의한 진동이 금피막끼리가 접촉하는 부분에 강하게 가해지기 때문에, 접합이 한층 강해진다.
또, 초음파를 인가하기 전에 미리 열가소성수지 필름 등의 접착층을 사용하여 플렉시블 기판 소편끼리를 접속해 두면, 초음파 접속시에 금속돌기와 금속배선을 접속시키는 부분의 위치어긋남을 방지할 수 있다. 또, 본 발명의 플렉시블 기판 소편 및 다층 플렉시블 배선판은 가요성을 갖기 때문에 구부림이 가능하다.
(발명의 실시형태)
본 발명의 제 1 예의 플렉시블 배선판을 그 제조방법과 함께 설명한다.
도 1 의 (a) 를 참조하면, 부호 (11) 는 구리로 이루어지는 금속박을 나타내고 있다. 이 금속박 (11) 뒷면에는, 폴리이미드 필름의 원료액을 도포 및 열처리하여 베이스필름 (12) 을 형성한다 (도 1 의 (b)). 다음으로, 포토리소그래피 공정과 에칭 공정에 의해 금속박 (11) 을 패터닝한다 (도 1 의 (c)). 도 1 의 (c) 의 부호 (15) 는 패터닝에 의해 형성된 금속배선을 나타내고 있다.
이 금속배선 (15) 상에, 폴리이미드 전구체로 이루어지는 폴리이미드 와니스를 도포하고, 포토리소그래피 공정과 에칭 공정에 의해 패터닝한 다음 가열하면, 폴리이미드 전구체가 경화하여 커버필름 (17) 이 형성된다 (도 1 의 (d)). 도 1 의 (d) 의 부호 (19) 는, 패터닝에 의해 형성된 커버필름 (17) 의 복수의 개구부 (19) (도면상에서는 2 개 표시되어 있음) 를 나타내고 있다. 각 개구부 (19) 는, 금속배선 (15) 상에 배치되어 있고, 따라서 각 개구부 (19) 바닥면에는 금속배선 (15) 표면이 노출되어 있다.
이어서, 도금법에 의해, 각 개구부 (19) 바닥면에 노출된 금속배선 (15) 표면에 두께 5 ㎛, 비커스 경도 120 kgf/㎜2 이상의 니켈로 이루어지는 경질금속피막 (20) 을 형성하고, 이어서 그 경질금속피막 (20) 표면에, 도금법에 의해 두께 0.02 ㎛, 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 금으로 이루어지는 연질금속피막 (21) 을 형성한다.
도 1 의 (e) 의 부호 (10) 는, 경질금속피막 (20) 및 연질금속피막 (21) 이 형성된 상태의 플렉시블 기판 소편을 나타내고 있다. 베이스필름 (12) 와 커버필름 (17) 은 비열가소성의 폴리이미드 필름이다.
다음으로, 이 플렉시블 기판 소편 (10) 과 함께 사용되는 다른 플렉시블 기판 소편의 제조 공정을 도 2 의 (a) ∼ (f) 에 나타내어 설명한다.
도 2 의 (a) 를 참조하면, 부호 (31) 은, 구리로 이루어지는 금속박을 나타내고 있으며, 이 금속호일 (31) 의 뒷면에 보호필름 (34) 을 접착한다. 금속박 (31) 의 표면에는 폴리이미드 필름의 원료액을 도포하고 패터닝하여, 커버필름 (32) 을 형성한다 (도 2 의 (b)).
이 커버필름 (32) 에는, 패터닝에 의해 복수의 개구부 (33) (도면상에는 2 개 표시되어 있음) 가 형성되어 있고, 각 개구부 (19) 바닥면에는 금속호일 (31) 이 노출되어 있다.
이어서, 도금법에 의해, 각 개구부 (33) 바닥면에 노출된 금속박 (31) 상으로 구리를 성장시키면, 개구부 (33) 안이 구리로 충전된다. 또, 커버필름 (32) 의 표면 높이를 넘어서 구리가 성장하면, 선단이 커버필름 (32) 상으로 뚫고 돌출된 돌기본체 (40) 가 형성된다 (도 2 의 (c)).
다음으로, 금속박 (31) 뒷면에 접착된 보호필름 (34) 을 박리하고, 포토레지스트 공정과 에칭 공정에 의해 금속박 (31) 을 패터닝하여, 금속배선 (35) 을 형성한다 (도 2 의 (d)).
이 금속배선 (35) 의 뒷면에 폴리이미드 전구체로 이루어지는 폴리이미드 와니스를 도포한 다음, 패터닝하고, 열처리에 의해 베이스필름 (37) 을 형성한다 (도 2 의 (e)). 이 베이스필름 (37) 은, 비열경화성의 폴리이미드 필름이고, 패터닝에 의해 복수의 개구부 (45) (도면상에서는 1 개 표시되어 있음) 가 형성되어 있다. 각 개구부 (45) 바닥면에는 금속배선 (35) 이 노출되어 있다.
이어서, 돌기본체 (40) 의 선단표면에 순도 99.99 중량 % 의 금으로 이루어지는 연질금속피막 (43) 을 형성하면, 돌기본체 (40) 와 연질금속피막 (43) 으로 구성된 금속돌기 (42) 가 얻어진다 (도 2 의 (f)). 이 연질금속피막 (43) 의 비커스 경도는 80 kgf/㎜2 이하이다. 도 2 의 (f) 의 부호 (30) 는, 상기 공정에서 형성된 플렉시블 기판 소편을 나타내고 있다.
다음으로, 상기 2 종류의 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 을 중첩하여, 본 발명의 플렉시블 배선판을 얻는 공정에 대해 설명한다.
도 3 의 (a) 를 참조하면, 한쪽 플렉시블 기판 소편 (10) 의 커버필름 (17) 에 형성된 개구부 (19) 에 대해, 다른쪽 플렉시블 기판 소편 (30) 의 금속돌기 (42) 를 서로 마주보게 하고, 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 사이에 열가소성수지 필름 (51) 을 배치하여 (도 3 의 (a)) 서로 밀착시킨다.
이어서, 이들을 세게 누르면서 가열하면 (여기서는 260 ℃ 로 가열한다), 열가소성수지 필름 (51) 이 연화하여 접착성이 발현되어, 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 끼리가 서로 접착된다 (도 3 의 (b)).
이 때, 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 이 서로 세게 눌려짐으로써, 금속돌기 (42) 가 연화된 열가소성수지 필름 (51) 안으로 밀려 들어가고, 그 선단의 연질금속피막 (43) 이 경질금속피막 (20) 상의 연질금속피막 (21) 표면에 맞닿는다.
다음에, 이 상태의 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 을 히터 (53) 상에 배치하고, 전체를 100 ℃ 로 가열하면서, 초음파 발생장치에 접속된 초음파 진동자 (54) 를 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 상에 맞닿게 하여, 세게 누르면서 초음파를 인가한다 (도 3 의 (c)).
초음파의 진동력은, 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 의 표면과 평행한 방향으로 인가되어 있고, 금속돌기 (42) 선단의 연질금속피막 (43) 과 경질금속피막 (20) 상의 연질금속피막 (21) 의 계면이 슬라이딩한 결과, 그 부분이 접합되어 본 발명의 플렉시블 배선판 (50) 이 얻어진다 (도 3 의 (d)).
도 3(d) 의 부호 (55) 는, 연질금속피막 (43, 21) 사이가 접합된 부분은 나타내고 있고, 이 부분 (55) 에서는 연질금속피막 (21, 43) 을 구성하는 금피막끼리 금속결합에 의해 접속되어 있다.
상기 공정에서 얻어진 플렉시블 배선판 (50) 의 평가시험을 행한다 (실시예 1).
또한, 금속배선 (15) 상의 금속피막과 돌기본체 (40) 표면에 형성된 금속피막의 조합과 초음파 인가시의 가열온도를 변경하여, 실시예 1 과 동일 공정으로 다층구조의 플렉시블 배선판을 제작하고, 평가시험을 행한다 (실시예 2 ∼ 7). 실시예 6 의 경질금속은 비커스 경도는 120 kgf/㎜2 이상의 금피막을 나타내고 있다.
그 평가결과를 하기 표에 나타낸다.
(평가시험결과)
금속피막구성 가열온도 (℃) 접합부의 상태 접합신뢰성 시험 내열성시험
금속돌기측 개구부 바닥면측 시험전 6 hr 후 100 hr 후 시험전 시험후
실시예1 연질금 Ni 금 100 양호 70 70 70 70 70
실시예2 연질금 연질금 100 양호 70 70 70 70 70
실시예3 Ni 금 연질금 100 양호 70 70 70 70 70
실시예4 Ni 금 연질금 50 양호 70 70 70 70 70
실시예5 Ni 금 연질금 150 양호 70 70 70 70 70
실시예6 경질금 Ni 금 100 양호 70 70 68 70 70
실시예7 Ni 금 연질금 25 부분접합 70 63 55 70 60
비교예 Ni 금 연질금 - 접촉 70 15 0 70 0
연질금: 도금법에 의해 형성한 두께 2 ㎛ 의 연질금피막 (순도 99.99 % 이상의 금피막) 을 나타내고 있다.
Ni 금: 도금법에 의해 형성한 두께 5 ㎛ 의 니켈피막 표면에, 다시 도금법에 의해 두께 0.02 ㎛ 의 연질금피막을 적층시킨 구조의 금속피막을 나타내고 있다.
경질금: 도금법에 의해 형성한 두께 2 ㎛ 의 경질의 금피막을 나타내고 있다.
비교예는, 한쪽 플렉시블 기판 소편의 금속돌기 (42) 표면에는 니켈로 이루어지는 경질금속피막과 금으로 이루어지는 연질금속피막을 적층시키고, 다른 쪽 플렉시블 기판 소편의 금속배선 표면에는 금으로 이루어지는 연질금속피막을 형성하고, 초음파를 인가하지 않고 밀착시킨 경우의 평가결과이다.
표 1 의 평가결과 중, 접합상태는, 다층구조의 플렉시블 배선판의 접합부분을 마이크로톰(microtome) 에 의해 잘라내고, 주사형 전자현미경을 사용하여 단면의 사진촬영을 행하여, 그 상태를 관찰한 결과이다. 「양호」는, 금속돌기와 금속배선의 계면에 금속결합이 형성되어 있는 상태를 나타내고 있으며, 「부분접속」은, 금속결합이 부분적으로밖에는 형성되어 있지 않은 상태를 나타내고 있다. 「접촉」은, 금속결합이 형성되지 않고, 접촉하고 있을 뿐인 상태를 나타내고 있다.
접합신뢰성 시험은, 실시예 1 ∼ 7 의 다층구조의 플렉시블 배선판을 사용하여, 우선 각 플렉시블 기판에 대해, 70 개의 접속장소에 대하여 도통시험을 행한 다음, 고온고습 장치를 121 ℃, 2 기압 (202650 Pa), 습도 100 % 의 조건으로 설정하고, 각 플렉시블 배선판을 항온항습(恒溫恒濕) 장치중에 6 시간 방치하여, 동일 접속장소의 도통시험을 행한 다음, 다시 94 시간 방치하고 (보존시간의 합계는 100 시간), 마찬가지로 동일 접속장소의 도통시험을 행한 결과이다. 표 1 중에 기재한 숫자는, 각 도통시험에서의 도통이 확인가능한 접속장소의 갯수이다 (전부 도통하고 있는 경우에, 숫자는 70 이 된다). 비교예와 비교하면, 실시예 1 ∼ 7 은, 도통이 확인된 곳이 많고, 불량이 전혀 없거나 또는 적은 것을 알 수 있다.
특히, 실시예 1 ∼ 5 에서는 접속불량이 전혀 존재하지 않고, 경질금속피막 (니켈피막) 과 연질금속피막 (금피막) 을 적층시킨 금속피막에 대하여, 연질금속피막을 접합시킨 경우로서, 초음파 인가시의 가열온도를 50 ℃ 이상으로 하면, 신뢰성이 높은 플렉시블 배선판을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
내열성시험은, 실시예 1 ∼ 7 의 다층구조의 플렉시블 배선판을 사용하여, 70 개의 접속장소에 대해 도통시험을 행한 후, 각 다층구조의 플렉시블 배선판을 온도 30 ℃, 습도 65 % 의 조건으로 설정한 고온고습 장치 중에 192 시간 방치한 다음, 220 ℃ 의 적외선 리플로우 로(爐) 안을 120 초에 걸쳐 통과시켜, 도통시험을 행한 결과이다. 연질금속피막끼리 접합되는 구조의 다층구조의 플렉시블 배선판 (실시예 1 ∼ 6) 의 결과가 특히 우수하다.
다음으로, 본 발명의 다층구조의 플렉시블 배선판 (50) 에, 반도체칩 등의 전기부품을 접속하는 공정을 설명한다. 우선, 도 4 의 (a) 에 나타낸 것과 같이, 전기부품 (70) 의 소자본체 (71) 에 형성된 범프 (75) 를, 플렉시블 배선판 (50) 의 개구부 (45) 상에 배치하고, 그 선단을 개구부 (45) 바닥면의 금속배선 (35) 에 맞닿게 한다.
범프 (75) 는, 구리로 이루어지는 범프본체 (72) 와, 그 표면에 형성된 납땜피막 (73) 으로 구성되어 있고, 범프 (75) 선단을 금속배선 (35) 표면에 맞닿게 하면, 범프본체 (72) 표면의 납땜피막 (73) 과 금속배선 (35) 표면의 연질금속피막 (43) 이 접촉한다.
이 상태에서 전기부품 (70) 을 가열하고, 납땜피막 (73) 을 용융시킨다. 용융한 납땜피막 (73) 은, 연질금속피막 (43) 과 범프본체 (72) 에 접촉한 상태에서 고화하기 때문에, 범프본체 (72) 와 금속배선 (35) 이 납땜피막 (73) 및 연질금속피막 (43) 을 사이에 두고 접속된다 (도 4 의 (b)). 그 결과, 전기부품 (70) 과 플렉시블 배선판 (50) 이 기계적 및 전기적으로 접속된다. 도 4 의 (b) 의 부호 (80) 는, 플렉시블 배선판 (50) 에 전기부품 (70) 이 탑재된 전기장치 (80) 를 나타내고 있다.
본 발명의 플렉시블 배선판 (50) 은, 금속배선 (15, 35) 사이의 접속에 납땜이 사용되고 있지 않고, 전기부품 (70) 을 탑재할 때에, 플렉시블 배선판 (50) 이 납땜피막 (73) 이 용융하는 온도로 가열되어도, 금속배선 (15, 35) 사이의 접속이 열화되거나 불량으로 되는 일이 없다.
이상, 돌기본체 (40) 와 그 표면에 형성된 금속피막 (43) 으로 구성된 금속돌기 (42) 를 갖는 플렉시블 배선판 (50) 에 대하여 설명했지만, 본 발명의 플렉시블 배선판은, 돌기본체 (40) 가 구리도금에 의해 형성되어 있는 것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 본 발명의 플렉시블 배선판은, 금속배선을 돌기본체로서 사용하는 것도 포함된다.
그 일례를 설명하면, 도 5 의 부호 (60) 로 나타낸 플렉시블 기판 소편은, 베이스필름 (62) 상에 패터닝된 금속배선 (65) 이 배치되어 있고, 그 금속배선 (65) 의 표면에는 연질금속피막 (63) 이 형성되어 있다. 이 플렉시블 기판 소편 (60) 에서는, 금속배선 (65) 표면은 베이스필름 (62) 표면보다도 상부에 위치하고 있고, 금속배선 (65) 을 돌기본체로 하여, 이 금속배선 (65) 과 연질금속피막 (63) 으로 금속돌기 (64) 가 구성되어 있다.
이 플렉시블 기판 소편 (60) 에, 커버필름 (17) 에 형성된 개구부 (19) 바닥면에 금속배선 (15) 이 위치하는 플렉시블 기판 소편 (10) 을 접착시키는 경우, 도 6 의 (a) 에 나타낸 것과 같이, 상기 실시에에서 설명한 플렉시블 기판 소편 (10) 의 개구부 (19) 에 대해, 도 5 에서 나타낸 플렉시블 기판 소편 (60) 의 금속돌기 (64) 를 서로 마주보게 하고, 플렉시블 기판 소편 (10, 60) 사이에 열가소성수지 필름 (51) 을 배치하여 (도 6 의 (a)), 이들을 밀착시킨다.
이어서, 전체를 세게 누르면서 가열하고, 열가소성수지 필름 (51) 을 연화시켜, 베이스필름 (62) 표면에 있는 금속돌기 (64) 를 열가소성수지 필름 (51) 안으로 밀어 넣어, 금속배선 (65, 15) 표면의 연질금속피막 (63, 21) 끼리를 접촉시킨다 (도 6 의 (b)).
도 5 에 나타낸 플렉시블 기판 소편 (60) 의 베이스필름 (62) 에는, 금속돌기 (64) 가 위치하는 부분의 뒷면에 개구부 (69) 가 형성되어 있다.
열가소성수지 필름 (51) 으로 접착된 상태의 플렉시블 기판 소편 (10, 60) 을, 금속돌기 (64) 뒷면에 위치한 개구부 (69) 를 상측을 향하게 하여 히터 (53) 상에 배치한다.
금속돌기 (64) 뒷면에 위치한 개구부 (69) 바닥면에는, 금속배선 (65) 표면 (또는 금속배선 (65) 에 형성된 금속피막 (63)) 이 노출되어 있고, 그 부분에 봉 형상의 초음파 진동자 (94) 의 선단을 맞닿게 하여, 가열하면서 초음파를 인가하면 금속피막 (21, 63) 의 계면에 초음파가 인가되어, 서로 슬라이딩한다 (도 6 의 (c)).
그 결과, 연질금속피막 (21, 63) 의 계면에 금속결합이 형성되고, 플렉시블 기판 소편 (10, 60) 의 금속배선 (15, 65) 사이가 전기적으로 접속된다. 각 금속돌기 (64) 마다 초음파를 인가하여, 접속해야할 모든 금속돌기 (64) 가 금속배선 (15) 에 접속되면, 본 발명 제 2 예의 다층구조의 플렉시블 배선판 (90) 이 얻어진다 (도 6 의 (d)).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다층구조의 플렉시블 배선판 (50, 90) 은, 플렉시블 기판 소편끼리가 납땜금속에 의해 접합되어 있는 것이 아니며, 따라서, 접합부분이 용융하는 일이 없기 때문에, 반도체 소자 등의 전기부품을 탑재할 때에 납땜금속이 용융하는 온도로 가열되어도 접속불량이 발생하는 일이 없다.
또한, 상기 다층구조의 플렉시블 배선판 (50, 90) 에서는, 연질금속피막에 금피막을 사용했으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 금 대신에 백금, 은, 팔라듐도 사용하여, 비커스 경도는 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막을 구성할 수도 있다.
또한, 상기는, 열가소성수지 필름 (51) 에 폴리이미드의 수지필름을 사용했으나, 본 발명은, 가열되면 접착성이 발현되는 다른 수지 필름을 사용할 수도 있다.
이상은, 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 을 열가소성수지 필름 (51) 과 같은 수지 필름을 사이에 두고 접합하는 경우에 대해서 설명했으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7 의 부호 (85) 는 본 발명의 다층구조의 플렉시블 배선판을 나타내고 있다. 이 플렉시블 배선판 (85) 은 상기 실시예 1 의 플렉시블 배선판 (50) 에 사용한 것과 동일한 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 을 가지고 있다.
이들 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 사이에는 열가소성수지 필름은 배치되어 있지 않고, 초음파에 의해 연질금속피막끼리 접합된 부분 (55) 을 통해 플렉시블 기판 소편 (10, 30) 이 접속되어 있다.
또한, 상기는 베이스필름 (12, 37) 이나 커버필름 (17, 32) 에 폴리이미드를 사용하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 폴리에틸렌 및 폴리에스테르, 에폭시 등의 원료액을 도포하여, 이들 필름을 형성할 수도 있다. 또한, 금속배선도, 구리가 아니라 알루미늄 등의 다른 금속으로 구성시킬 수도 있다.
연질금속피막끼리 또는 연질금속피막과 경질금속피막을 사이에 두고 금속배선끼리를 접속함으로써 도통신뢰성과 내열성이 우수한 플렉시블 배선판을 얻을 수 있다.
도 1 의 (a) ∼ (e) 은 본 발명의 다층구조의 플렉시블 배선판을 구성하는 플렉시블 기판 소편의 일례의 제조 공정을 나타내는 도면.
도 2 의 (a) ∼ (f) 는 본 발명의 다층구조의 플렉시블 기판 소편의 다른 예의 제조 공정을 나타내는 도면.
도 3 의 (a) ∼ (d) 는 본 발명의 제 1 예의 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 4 의 (a), (b) 는 본 발명의 제 1 예의 다층구조의 플렉시블 배선판에 반도체 소자를 실장하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 5 는 본 발명의 제 2 예의 다층구조의 플렉시블 배선판을 구성시키는 플렉시블 기판 소편의 예를 나타내는 도면.
도 6 의 (a) ∼ (d) 는 본 발명의 제 2 예의 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 7 은 본 발명의 제 3 예의 다층구조의 플렉시블 배선판을 설명하기 위한 도면.
도 8 의 (a) ∼ (c) 는 종래 기술의 플렉시블 배선판의 제조 공정을 나타내는 도면.
도 9 의 (a), (b) 는 종래 기술의 플렉시블 배선판에 전기부품을 접속하는 공정을 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 30, 60 : 플렉시블 기판 소편
15, 35, 65 : 금속배선
17, 51 : 절연층 (커버필름 또는 열가소성수지 필름)
20 : 경질금속피막
21, 43 : 연질금속피막
42, 64 : 금속돌기
50, 90, 85 : 다층구조의 플렉시블 배선판
51 : 열가소성수지 필름
70 : 전기부품
80 : 전기장치

Claims (20)

  1. 금속배선을 가지고 있고 상기 금속배선의 적어도 일부 표면에 금속피막이 노출된 플렉시블 기판 소편과,
    표면에 금속피막이 형성된 금속돌기를 갖는 플렉시블 기판 소편을 중첩하여, 다층구조의 플렉시블 배선판을 제조하는 플렉시블 배선판의 제조방법으로서,
    상기 금속배선상의 금속피막과 상기 금속돌기 표면의 금속피막 중, 어느 한쪽 또는 양쪽의 금속피막의 표면을 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막으로 구성시켜 두고,
    상기 금속배선상의 금속피막과, 상기 금속돌기 표면의 금속피막을 접촉시킨 상태에서 초음파를 인가하여, 상기 금속배선과 상기 금속돌기를 접속시키는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법.
  2. 금속배선을 가지고 있고 상기 금속배선의 적어도 일부 표면에 금속피막이 노출된 플렉시블 기판 소편과,
    표면에 금속피막이 형성된 금속돌기를 갖는 플렉시블 기판 소편을 중첩하여, 다층구조의 플렉시블 배선판을 제조하는 플렉시블 배선판의 제조방법으로서,
    상기 금속배선상의 금속피막과 상기 금속돌기 표면의 금속피막 중, 어느 한쪽의 금속피막의 표면을 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막으로 구성시키고, 다른 쪽의 금속피막의 표면을 비커스 경도 120 kgf/㎜2 이상의 경질금속피막과, 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막을 적층하여 구성시켜 두고,
    상기 금속배선상의 연질금속피막과, 상기 금속돌기 표면의 연질금속피막을 접촉시켜 초음파를 인가하여, 상기 금속배선과 상기 금속돌기를 접속시키는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파를 인가하기 전에 상기 플렉시블 기판 소편사이에 열가소성 필름을 배치하고, 상기 플렉시블 기판 소편끼리를 미리 서로 접착해두고,
    상기 초음파 인가시에, 적어도 한쪽의 상기 플렉시블 기판 소편을 가압하여 상기 금속피막끼리를 접촉시키는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 초음파를 인가하기 전에 상기 플렉시블 기판 소편사이에 열가소성 필름을 배치하고, 상기 플렉시블 기판 소편끼리를 미리 서로 접착해 두고,
    상기 초음파 인가시에, 적어도 한쪽의 상기 플렉시블 기판 소편을 가압하여 상기 금속피막끼리를 접촉시키는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파를 인가할 때에, 상기 플렉시블 기판 소편의 적어도 한쪽을 50 ℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 초음파를 인가할 때에, 상기 플렉시블 기판 소편의 적어도 한쪽을 50 ℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 초음파를 인가할 때에, 상기 플렉시블 기판 소편의 적어도 한쪽을 50 ℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 초음파를 인가할 때에, 상기 플렉시블 기판 소편의 적어도 한쪽을 50 ℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판의 제조방법.
  9. 적어도 2 층의 금속배선이 절연층을 사이에 끼워 적층되고,
    한쪽의 상기 금속배선상에 설치된 금속돌기가, 다른 쪽의 금속배선에 초음파의 인가에 의해 접속된 다층구조의 플렉시블 배선판으로서,
    상기 금속돌기와, 상기 금속돌기에 접속되는 금속배선 중 적어도 한쪽 표면에는 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막이 형성된 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 연질금속피막은 금을 주성분으로 하는 금피막, 백금을 주성분으로 하는 백금피막, 은을 주성분으로 하는 은피막, 팔라듐을 주성분으로 하는 팔라듐피막 중 어느 1 종 이상의 금속피막으로 구성된 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판.
  11. 적어도 2 층의 금속배선이 절연층을 사이에 끼워 적층되고,
    한쪽의 상기 금속배선상에 설치된 금속돌기가, 다른 쪽의 금속배선에 초음파 인가에 의해 접속된 다층구조의 플렉시블 배선판으로서,
    상기 금속돌기와, 상기 금속돌기에 접속되는 금속배선 중 어느 한쪽 표면에는 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막이 형성되고, 다른 쪽 표면에는 비커스 경도 120 kgf/㎜2 이상의 경질금속피막과, 비커스 경도 80 kgf/㎜2 이하의 연질금속피막이 적층되어, 상기 금속돌기 표면의 연질금속피막과, 상기 금속배선상의 연질금속피막이 초음파의 인가에 의해 접속된 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 경질금속피막은 니켈을 주성분으로 하는 니켈피막으로 구성된 것을 특징으로 하는 플렉시블 배선판.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 금속돌기 표면의 연질금속피막과 상기 금속배선상의 연질금속피막 중 어느 한쪽 또는 양쪽은, 금을 주성분으로 하는 금피막, 백금을 주성분으로 하는 백금피막, 은을 주성분으로 하는 은피막, 팔라듐을 주성분으로 하는 팔라듐피막 중 어느 1 종 이상의 금속피막으로 구성된 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 금속돌기 표면의 연질금속피막과 상기 금속배선상의 연질금속피막 중 어느 한쪽 또는 양쪽은, 금을 주성분으로 하는 금피막, 백금을 주성분으로 하는 백금피막, 은을 주성분으로 하는 은피막, 팔라듐을 주성분으로 하는 팔라듐피막 중 어느 1 종 이상의 금속피막으로 구성된 것을 특징으로 하는 다층구조의 플렉시블 배선판.
  15. 제 9 항에 기재된 다층구조의 플렉시블 배선판과, 상기 다층구조의 플렉시블 배선판에 납땜 접속된 전기부품을 갖는 것을 특징으로 하는 전기장치.
  16. 제 10 항에 기재된 다층구조의 플렉시블 배선판과, 상기 다층구조의 플렉시블 배선판에 납땜 접속된 전기부품을 갖는 것을 특징으로 하는 전기장치.
  17. 제 11 항에 기재된 다층구조의 플렉시블 배선판과, 상기 다층구조의 플렉시블 배선판에 납땜 접속된 전기부품을 갖는 것을 특징으로 하는 전기장치.
  18. 제 12 항에 기재된 다층구조의 플렉시블 배선판과, 상기 다층구조의 플렉시블 배선판에 납땜 접속된 전기부품을 갖는 것을 특징으로 하는 전기장치.
  19. 제 13 항에 기재된 다층구조의 플렉시블 배선판과, 상기 다층구조의 플렉시블 배선판에 납땜 접속된 전기부품을 갖는 것을 특징으로 하는 전기장치.
  20. 제 14 항에 기재된 다층구조의 플렉시블 배선판과, 상기 다층구조의 플렉시블 배선판에 납땜 접속된 전기부품을 갖는 것을 특징으로 하는 전기장치.
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