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技術 フレキシブル配線基板およびその製造方法

出願人 ルネサス関西セミコンダクタ株式会社
発明者 藤井健三平井太郎
出願日 2000年7月7日 (20年5ヶ月経過) 出願番号 2000-206075
公開日 2002年1月25日 (18年11ヶ月経過) 公開番号 2002-026172
状態 拒絶査定
技術分野 半導体または固体装置のマウント
主要キーワード 電気銀めっき 保護めっき層 超微細配線 平均粗度 電気めっき用 液体圧力 ウェットブラスト 高圧エアー
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図面 (7)

課題

従来のサブトラクト配線基板には次の問題がある。実用的な銅箔の厚さの下限が18μmのため超微細配線ができない。まためっき電源線ノイズ発生源またはノイズのアンテナとなり、特に高周波のICに使用できない。

解決手段

基材11全面に薄い無電解銅めっき層12を形成し、次にめっきレジスト配線パターンを形成し、次に無電解銅めっき層12をめっき電源線およびめっき電極として厚い電気銅めっき層13およびその保護めっき層14,15を形成する。そしてレジストパターンおよびレジストパターン直下の無電解めっき層12を除去する。このフレキシブル配線基板10は、銅層の厚さが10μm以下にできるため超微細配線が可能である。まためっき電源線がない。さらにニッケルめっき層リンまたはボロンが含有されていない。

概要

背景

シリコンチップフレームワイヤーボンディングで結びモールド樹脂から多数の外部端子四方に引き出す従来のICパッケージは、端子が数百を超えるICでは実装面積が大きすぎるため敬遠され、代わりにシリコンチップを微細導電性バンプ配線基板に接続し、その配線基板を大きな導電性バンプで回路基板に接続する、CSPと呼ばれる実装方法が普及している。なお前記配線基板はインターポーザーとも呼ばれる。シリコンチップと回路基板の直接接続は、電極ピッチが違いすぎる、シリコンチップの品質保証が困難、クリーンルームが必要などの問題があるため普及が難しく、上述のような両者間に配線基板をはさん実装が普通である。本発明は前記配線基板の構造と製造方法に関する。

図4に、シリコンチップ41を微細な導電性バンプ42で配線基板43に接続し、その配線基板43を大きな導電性バンプ44で回路基板45に接続した、従来の実装構造の一例40の断面図を示す。図示のように配線基板43上の配線43Aが中継となって、シリコンチップ41−微細な導電性バンプ42−配線43A−大きな導電性バンプ44−回路基板45という電気回路が作られ、シリコンチップ41と回路基板45が電気的に結ばれる。

図5に、図4に示したシリコンチップ41(破線)と配線基板43を回路基板45(図5には図示しない)に接続する従来の実装構造の一例40の平面図(a)と配線基板43の部分拡大断面図(b)を示す。平面図(a)のようにシリコンチップ41を微細な導電性バンプ42で配線基板43に接続し、その配線基板43を大きな導電性バンプ44で回路基板45に接続する。このようにしてシリコンチップ41の100μm程度の細かい電極ピッチを配線基板43を介在させて300μm程度の大きな電極ピッチに変換する。この変換により回路基板45の配線ピッチに合わせ、シリコンチップ41を無理無く回路基板45に接続できるようにする。

図5の断面図(b)に示す従来の配線基板43の断面構造は、厚さ125μmのフレキシブルポリイミド基材43Bの表面に、接着剤層43C、厚さ18μmの銅層43D、厚さ2μmのニッケル層43E、厚さ1μmの金層43Fの多層構造からなる配線43Aが設けてある。ここで銅層43Dは電流の主路、ニッケル層43Eは金層43Fが銅層43Dに拡散することの防止層、金層43Fは銅層43Dおよびニッケル層43Eの酸化を防ぎ導電性バンプ42,44との接続を確実にするためのものである。なお従来の配線基板には銅層のみのものもあるが、銅層は表面が酸化しやすいため、フラックスが使用できる通常のプリント板では問題ないが、フラックスの使用できないCSP用配線基板には適さない。

従来の配線基板43の製造方法を図6を参照して以下に説明する。まず厚さ18μmの銅箔43Dを接着剤43Cで全面に張ったポリイミド基材43Bの表面に、フォトレジスト(図示せず)で配線43Aのネガパターン(図示せず)を形成する。このときネガパターンには配線43Aに加えて、配線43Aの周囲のめっき枠43Gと、めっき枠43Gと各配線43Aを結ぶめっき電源線43Hも形成する。次にフォトレジストに隠れていない部分の銅箔43Dをエッチング除去する。さらにフォトレジストを除去する。次にめっき枠43Gにめっき電源(図示せず)を接続し、パターン化された銅箔43D上にニッケル層43E、金層43Fを順次電気めっきにより形成する。最後に配線43A周囲のめっき枠43Gを切り離すと図5に示す配線基板43が完成する。図5のようにめっき電源線43Hが配線43Aの周囲に残る。

ここで特にニッケル層43Eを無電解めっきで形成しない理由は次の通りである。実用となっている無電解ニッケルめっき液には必ずリンまたはボロンが含まれている。周知のとおり、リン、ボロンは微量でもシリコンチップ41の特性に影響を与える。配線基板43はシリコンチップ41のごく近くにあるため配線43Aに無電解ニッケルが使われているとシリコンチップ41への影響が心配され信頼性が保証できない。したがってニッケル層43Eは必ず電気めっきで形成する。従ってめっき電源線43Hは避けられない。

概要

従来のサブトラクト配線基板には次の問題がある。実用的な銅箔の厚さの下限が18μmのため超微細配線ができない。まためっき電源線がノイズ発生源またはノイズのアンテナとなり、特に高周波のICに使用できない。

基材11全面に薄い無電解銅めっき層12を形成し、次にめっきレジスト配線パターンを形成し、次に無電解銅めっき層12をめっき電源線およびめっき電極として厚い電気銅めっき層13およびその保護めっき層14,15を形成する。そしてレジストパターンおよびレジストパターン直下の無電解めっき層12を除去する。このフレキシブル配線基板10は、銅層の厚さが10μm以下にできるため超微細配線が可能である。まためっき電源線がない。さらにニッケルめっき層にリンまたはボロンが含有されていない。

目的

効果

実績

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請求項1

配線の少なくとも一部を電気めっきにより形成したフレキシブル配線基板において、前記フレキシブル配線基板の完成品内に前記電気めっき用電源線が存在しないことを特徴とするフレキシブル配線基板。

請求項2

請求項1記載のフレキシブル配線基板において、前記配線が無電解めっき層電気めっき層からなる多層構造であることを特徴とするフレキシブル配線基板。

請求項3

請求項2記載のフレキシブル配線基板において、前記無電解めっき層が銅めっき層で、前記電気めっき層が、銅めっき層と、金めっき層であることを特徴とするフレキシブル配線基板。

請求項4

請求項2記載のフレキシブル配線基板において、前記無電解めっき層が銅めっき層で、前記電気めっき層が、銅めっき層と、銀めっき層またはすずめっき層またはパラジウムめっき層であることを特徴とするフレキシブル配線基板。

請求項5

請求項2記載のフレキシブル配線基板において、前記無電解めっき層が銅めっき層で、前記電気めっき層が、銅めっき層と、ニッケルめっき層と、金めっき層であることを特徴とするフレキシブル配線基板。

請求項6

請求項2記載のフレキシブル配線基板において、前記無電解めっき層が銅めっき層で、前記電気めっき層が、銅めっき層と、ニッケルめっき層と、銀めっき層またはすずめっき層またはパラジウムめっき層であることを特徴とするフレキシブル配線基板。

請求項7

請求項1〜6記載のフレキシブル配線基板において、基材の表面がめっき前に粗化されていることを特徴とするフレキシブル配線基板。

請求項8

基材の表面に粗化処理を施し、次に前記表面にめっき触媒を付与し、次に前記表面に無電解めっきを施し、次に前記無電解めっき上にめっき用レジストパターンを付与し、次に前記無電解めっきをめっき電源線およびめっき電極として電気めっきで配線を形成し、次に前記レジストパターンおよび前記レジストパターン直下の前記無電解めっきを除去し、最終的にフレキシブル配線基板完成品内には前記電気めっき用電源線が存在しないようにすることを特徴とするフレキシブル配線基板の製造方法。

技術分野

0001

本発明はBGA(ボールグリッドアレイ)、CSP(チップサイズパッケージ)などの半導体実装に使われる、インターポーザーとも呼ばれる、半導体と回路基板とを接続するフレキシブル配線基板に関する。

背景技術

0002

シリコンチップフレームワイヤーボンディングで結びモールド樹脂から多数の外部端子四方に引き出す従来のICパッケージは、端子が数百を超えるICでは実装面積が大きすぎるため敬遠され、代わりにシリコンチップを微細導電性バンプ配線基板に接続し、その配線基板を大きな導電性バンプで回路基板に接続する、CSPと呼ばれる実装方法が普及している。なお前記配線基板はインターポーザーとも呼ばれる。シリコンチップと回路基板の直接接続は、電極ピッチが違いすぎる、シリコンチップの品質保証が困難、クリーンルームが必要などの問題があるため普及が難しく、上述のような両者間に配線基板をはさんだ実装が普通である。本発明は前記配線基板の構造と製造方法に関する。

0003

図4に、シリコンチップ41を微細な導電性バンプ42で配線基板43に接続し、その配線基板43を大きな導電性バンプ44で回路基板45に接続した、従来の実装構造の一例40の断面図を示す。図示のように配線基板43上の配線43Aが中継となって、シリコンチップ41−微細な導電性バンプ42−配線43A−大きな導電性バンプ44−回路基板45という電気回路が作られ、シリコンチップ41と回路基板45が電気的に結ばれる。

0004

図5に、図4に示したシリコンチップ41(破線)と配線基板43を回路基板45(図5には図示しない)に接続する従来の実装構造の一例40の平面図(a)と配線基板43の部分拡大断面図(b)を示す。平面図(a)のようにシリコンチップ41を微細な導電性バンプ42で配線基板43に接続し、その配線基板43を大きな導電性バンプ44で回路基板45に接続する。このようにしてシリコンチップ41の100μm程度の細かい電極ピッチを配線基板43を介在させて300μm程度の大きな電極ピッチに変換する。この変換により回路基板45の配線ピッチに合わせ、シリコンチップ41を無理無く回路基板45に接続できるようにする。

0005

図5の断面図(b)に示す従来の配線基板43の断面構造は、厚さ125μmのフレキシブルポリイミド基材43Bの表面に、接着剤層43C、厚さ18μmの銅層43D、厚さ2μmのニッケル層43E、厚さ1μmの金層43Fの多層構造からなる配線43Aが設けてある。ここで銅層43Dは電流の主路、ニッケル層43Eは金層43Fが銅層43Dに拡散することの防止層、金層43Fは銅層43Dおよびニッケル層43Eの酸化を防ぎ導電性バンプ42,44との接続を確実にするためのものである。なお従来の配線基板には銅層のみのものもあるが、銅層は表面が酸化しやすいため、フラックスが使用できる通常のプリント板では問題ないが、フラックスの使用できないCSP用配線基板には適さない。

0006

従来の配線基板43の製造方法を図6を参照して以下に説明する。まず厚さ18μmの銅箔43Dを接着剤43Cで全面に張ったポリイミド基材43Bの表面に、フォトレジスト(図示せず)で配線43Aのネガパターン(図示せず)を形成する。このときネガパターンには配線43Aに加えて、配線43Aの周囲のめっき枠43Gと、めっき枠43Gと各配線43Aを結ぶめっき電源線43Hも形成する。次にフォトレジストに隠れていない部分の銅箔43Dをエッチング除去する。さらにフォトレジストを除去する。次にめっき枠43Gにめっき電源(図示せず)を接続し、パターン化された銅箔43D上にニッケル層43E、金層43Fを順次電気めっきにより形成する。最後に配線43A周囲のめっき枠43Gを切り離す図5に示す配線基板43が完成する。図5のようにめっき電源線43Hが配線43Aの周囲に残る。

0007

ここで特にニッケル層43Eを無電解めっきで形成しない理由は次の通りである。実用となっている無電解ニッケルめっき液には必ずリンまたはボロンが含まれている。周知のとおり、リン、ボロンは微量でもシリコンチップ41の特性に影響を与える。配線基板43はシリコンチップ41のごく近くにあるため配線43Aに無電解ニッケルが使われているとシリコンチップ41への影響が心配され信頼性が保証できない。したがってニッケル層43Eは必ず電気めっきで形成する。従ってめっき電源線43Hは避けられない。

発明が解決しようとする課題

0008

上述したサブトラクトと呼ばれる従来の配線基板43には次の問題がある。まず実用的な銅箔の厚さの下限が18μmであるため銅層43Dの厚さの下限が18μmとなるが、18μmの銅層43Dは厚すぎて集積度の高いICの配線基板に必要な超微細配線ができない。次にめっき電源線43Hが配線基板43周囲に残っているが、めっき電源線43Hはノイズ発生源またはノイズのアンテナとなり、特に高周波のICの場合に問題を生じる。

0009

なお従来のサブトラクト配線基板の問題を解決するためフルアディティブ配線基板が提案されているが、フルアディティブ配線基板は生産性が低いうえに、リンまたはボロンを含む無電解ニッケルめっき液を使用しなければならない。前に述べたようにリンまたはボロンを含有する無電解ニッケルめっき層はシリコンチップの信頼性を低めるので望ましくない。さらに従来提案されたフルアディティブ配線基板はスパッタ−、イオンプレーティングのような高価なドライプロセスを含むためコストが高い。

課題を解決するための手段

0010

従来のサブトラクト配線基板、フルアディティブ配線基板の問題を解決するため、本発明のフレキシブル配線基板では、まず基材全面に薄い無電解銅めっき層を形成し、次にめっきレジスト配線パターンを形成し、次に無電解銅めっき層をめっき電源線およびめっき電極として厚い電気銅めっき層およびその保護めっき層を形成する。そしてレジストパターン、ついでレジストパターン直下の無電解銅めっき層を除去する。このようにして作られたフレキシブル配線基板は、銅層の厚さが10μm以下にできるため超微細配線が可能である。また完成品にはめっき電源線がないのでノイズの発生源またはノイズのアンテナがなく、特に高周波のIC用に好適である。さらにニッケルめっき層にリンまたはボロンが含有されていないためシリコンチップの信頼性の問題が生じない。

0011

まためっき前に基材を粗化するため無電解銅めっき接着強度が強く、セミアディティブでありながらスパッタ−、イオンプレーティングのような高価なドライプロセスを必要とせず安価なめっきプロセスで全工程を実行できる。

0012

請求項1記載の発明は、配線の少なくとも一部を電気めっきにより形成したフレキシブル配線基板において、前記フレキシブル配線基板の完成品内に前記電気めっき用の電源線が存在しないことを特徴とするフレキシブル配線基板である。

0013

また請求項2記載の発明は、請求項1記載のフレキシブル配線基板において、前記配線が無電解めっき層電気めっき層からなる多層構造であることを特徴とするフレキシブル配線基板である。

0014

また請求項3記載の発明は、請求項2記載のフレキシブル配線基板において、前記無電解めっき層が銅めっき層で、前記電気めっき層が、銅めっき層と、金めっき層であることを特徴とするフレキシブル配線基板である。

0015

また請求項4記載の発明は、請求項2記載のフレキシブル配線基板において、前記無電解めっき層が銅めっき層で、前記電気めっき層が、銅めっき層と、銀めっき層またはすずめっき層またはパラジウムめっき層であることを特徴とするフレキシブル配線基板である。

0016

また請求項5記載の発明は、請求項2記載のフレキシブル配線基板において、前記無電解めっき層が銅めっき層で、前記電気めっき層が、銅めっき層と、ニッケルめっき層と、金めっき層であることを特徴とするフレキシブル配線基板である。

0017

また請求項6記載の発明は、請求項2記載のフレキシブル配線基板において、前記無電解めっき層が銅めっき層で、前記電気めっき層が、銅めっき層と、ニッケルめっき層と、銀めっき層またはすずめっき層またはパラジウムめっき層であることを特徴とするフレキシブル配線基板である。

0018

また請求項7記載の発明は、請求項1〜6記載のフレキシブル配線基板において、基材の表面がめっき前に粗化されていることを特徴とするフレキシブル配線基板である。

0019

そして請求項8記載の発明は、基材の表面に粗化処理を施し、次に前記表面にめっき触媒を付与し、次に前記表面に無電解めっきを施し、次に前記無電解めっき上にめっき用レジストパターンを付与し、次に前記無電解めっきをめっき電源線およびめっき電極として電気めっきで配線を形成し、次に前記レジストパターンおよび前記レジストパターン直下の前記無電解めっきを除去し、最終的にフレキシブル配線基板完成品内には前記電気めっき用の電源線が存在しないようにすることを特徴とするフレキシブル配線基板の製造方法である。

発明を実施するための最良の形態

0020

本発明の実施例を図面を用いて説明する。図1は本発明のフレキシブル配線基板の一実施例10の平面図(a)、部分拡大断面図(b)である。図において11は厚さ125μmのポリイミド基材、12は厚さ0.5μmの無電解銅めっき層、13は厚さ10μmの電気銅めっき層、14は厚さ2μmの電気ニッケルめっき層、15は厚さ1μmの電気金めっき層で、前記の4つのめっき層により配線16が形成されている。なお基材11は芳香族ポリエステルを代表とする液晶ポリマー材でもよい。なお破線17はシリコンチップの位置を示す。

0021

従来のフレキシブル配線基板43と比較して本発明のフレキシブル配線基板の一実施例10のメリットは次の通りである。まず銅層13の厚さが10μmと薄いため超微細配線が可能である。なお必要があれば銅層13の厚さは5μm程度にも薄くできる。次に配線16の周辺にめっき電源線がないためノイズの発生源またはノイズのアンテナがなく、特に高周波のIC用に好適である。さらにニッケルめっきが電気めっきのためニッケルめっき層14にリンまたはボロンが含有されておらずシリコンチップ17の信頼性の問題が生じない。

0022

次に図2〜3を用いて、図1の本発明のフレキシブル配線基板の一実施例10の製造工程を説明する。図2(a)は本発明のフレキシブル配線基板10の基材11の、縦70mm横100mm厚さ125μmのポリイミドフィルム11の部分拡大断面図である。

0023

次に図2(b)に示すように、基材11の表面11Aをウェットブラストにより粗化する。ウェットブラストは砥粒を混合した高圧液体高圧エアーを同時に基材11表面に吹き付けて基材11表面を粗化する粗化方法である。その処理条件の一例は次の通りである。砥粒:ヌープ硬度2200、平均粒径0.2mmの多角形砥粒、砥粒濃度:25%、液体圧力:100KPa、エアー圧力:150KPa。そして粗化された表面11Aの平均粗度の一例は0.2μmである。このように基材11を粗化する理由は次の通りである。もし基材11を粗化しないで後述する無電解銅めっきをおこなうと、無電解銅めっき層と基材11の間の接着力が非常に弱いため無電解銅めっき層は簡単にはがれてしまう。しかし基材11を粗化しておくと無電解銅めっき層は基材11の粗化面の凹凸に食い込み、アンカー効果により強固に付着する。そして以後の加工によっても無電解めっき層が基材11からはがれることはない。

0024

次に図2(c)に示すように、基材11の粗化された表面11Aにパラジウム触媒を付与し、そのパラジウム触媒を核として厚さ0.5μmの無電解銅めっき層12を形成する。

0025

次に図2(d)に示すように、無電解銅めっき層12の表面に厚さ100μmのフィルムレジスト11Bをラミネートする。

0026

次に図2(e)に示すように、フォトリソグラフィーによりフィルムレジスト11Bの、後工程で配線を形成する部分11Cを除去して、無電解銅めっき層12を露出させる。

0027

次に図2(f)に示すように、露出した無電解銅めっき層12の表面に、無電解銅めっき層12をめっき電極として、厚さ10μmの電気銅めっき層13を形成する。このとき基材11の端に電気めっき用の端子18を接続する。電気めっきの電流は端子18から無電解銅めっき層12を通りめっき液に流れる。このように無電解銅めっき層12をめっき電極以外に電気めっきの電源線としても用いるのが本発明のフレキシブル配線基板の特徴である。

0028

次に図3(g)に示すように、電気銅めっき層13の表面に厚さ2μmの電気ニッケルめっき層14、厚さ1μmの電気金めっき層15を形成する。このときも電気めっきの電流は端子18から無電解銅めっき層12を通る。

0029

次に図3(h)に示すように、フィルムレジスト11Bを除去する。このままでは各配線16が、無電解銅めっき層12により電気的にショートしているため、各配線16の間隙にある無電解銅めっき層12をエッチングして除去する。このとき同時に無電解銅めっき層12のうち電気めっきの端子18を接続した部分も除去されるため、結果的に電気めっきの電源線が除去されることになる。これが本発明のフレキシブル配線基板の製造方法の特徴である。

0030

図3(i)は、各配線16の間隙にあった無電解銅めっき層12をエッチング除去した状態を示し、これが本発明のフレキシブル配線基板の一実施例10の完成品である。

0031

上述した本発明のフレキシブル配線基板の一実施例10においては、配線16が無電解銅めっき層12、電気銅めっき層13、電気ニッケルめっき層14、電気金めっき層15の4層から構成されていた。配線の構成としてはほかに次のものも可能である。

0032

まず電気ニッケルめっき層を省略した、無電解銅めっき層、電気銅めっき層、電気金めっき層の3層構成がある。この構成はめっき工程が短い一方、電気金めっき層が全部電気銅めっき層に拡散しないように電気金めっき層を厚くする必要がある。

0033

つぎに無電解銅めっき層、電気銅めっき層、電気ニッケルめっき層の上に、電気銀めっき層または電気すずめっき層または電気パラジウムめっき層を形成した4層構成がある。この構成は導電性バンプの種類によって、電気金めっき層よりも、電気銀めっき層または電気すずめっき層または電気パラジウムめっき層の方が適していることがあるときに使われる。

0034

また電気ニッケルめっき層を省略して、無電解銅めっき層、電気銅めっき層の上に、電気銀めっき層または電気すずめっき層または電気パラジウムめっき層を形成した3層構成がある。この構成もめっき工程が短い一方、電気銀めっき層または電気すずめっき層または電気パラジウムめっき層が全部電気銅めっき層に拡散しないように、電気銀めっき層または電気すずめっき層または電気パラジウムめっき層を厚くする必要がある。

発明の効果

0035

本発明のフレキシブル配線基板は、銅層の厚さが10μm以下にできるため超微細配線が可能である。また完成品にはめっき電源線が残っていないのでノイズの発生源またはノイズのアンテナがなく、特に高周波のIC用に好適である。さらにニッケルめっき層にリンまたはボロンが含有されていないためシリコンチップの信頼性の問題が生じない。またセミアディティブでありながらスパッタ−、イオンプレーティングのような高価なドライプロセスを必要とせず安価なめっきプロセスで全工程を実行できる。

図面の簡単な説明

0036

図1本発明のフレキシブル配線基板の一実施例の平面図(a)、部分拡大断面図(b)
図2本発明のフレキシブル配線基板の一実施例の製造工程の説明図
図3本発明のフレキシブル配線基板の一実施例の製造工程の説明図
図4従来の実装構造の一例の断面図
図5従来の実装構造の一例の平面図(a)、配線基板の部分拡大断面図(b)
図6従来の配線基板の一例の平面図

--

0037

10フレキシブル配線基板
11基材
11A 基材表面
11Bフィルムレジスト
11C配線形成
12無電解銅めっき層
13電気銅めっき層
14電気ニッケルめっき層
15電気金めっき層
16配線
17シリコンチップ位置
18 電気めっきの端子
40 従来の実装構造の一例
41 シリコンチップ
42,44導電性バンプ
43配線基板
43A 配線
43Bポリイミド基材
43C接着剤
43D銅層、銅箔
43Eニッケル層
43F金層
43G めっき枠
43H めっき電源線
45 回路基板

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