(57)【要約】【課題】ＩＣチップ内の回路の高集積化に伴って、ＩＣチップ上に形成される電極間のさらなる狭ピッチ化が進み、イオンマイグレーションに起因する配線の劣化や短絡の問題が生じる。【解決手段】反応室１２内の真空度を１２０Ｐａに保った状態で、高周波電極１６に１００Ｗ（パワー密度は０．３２Ｗ／ｃｍ２）の高周波を印加して、ＣＦ４ガスプラズマでモジュール基板１５を処理することにより、効率的にフッ素を含有した膜を成膜し、モジュール基板１５表面をフッ素を含有した膜で被覆して、金や銅配線の腐食やＦＰＣ２の基板電極９間のイオンマイグレーションを防止する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に対してフロロカーボン系のガスを用いてプラズマ処理して前記回路基板表面に膜を形成することを特徴とする基板表面処理方法。
【請求項２】
プラズマ処理時の圧力が１００Ｐａ〜２００Ｐａであることを特徴とする請求項１に記載の基板表面処理方法。
【請求項３】
プラズマ処理時の高周波電極への印加電力が３０〜１５０Ｗであることを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の基板表面処理方法。
【請求項４】
プラズマ処理前に回路基板表面をクリーニングすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板表面処理方法。
【請求項５】
クリーニングは酸化性ガスで行うことを特徴とする請求項４に記載の基板表面処理方法。
【請求項６】
酸化性ガスが酸素ガスであることを特徴とする請求項５に記載の基板表面処理方法。
【請求項７】
回路基板を表面処理するための反応室と、この反応室にフロロカーボン系のガスを導入するフロロカーボン系ガス導入手段と、前記回路基板をプラズマ処理するための一対の電極と、この電極の一方に印加する高周波電源と、前記反応室の圧力を制御する圧力制御手段とを有したことを特徴とする基板表面処理装置。
【請求項８】
回路基板をクリーニングするクリーニング手段を有することを特徴とする請求項７に記載の基板表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モジュール基板等の基板表面処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やＰＤＡ等の小型化に伴い、近年、内部の電気回路に可撓性を有するプリント配線基板（以下、「ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）」という。）が使用され、さらに、ＦＰＣにＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）のベアチップ（以下、「ＩＣチップ」という。）やチップ形状の電子部品（以下、「ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｕｎｔ　ｄｅｖｉｃｅ）」という。）が実装されている。最終的には、ＩＣチップやチップ部品が実装されたＦＰＣを、液晶パネルへ接合し、モジュール基板が完成する。
【０００３】
ＩＣチップの電極は非常に狭ピッチで形成されるため、ＩＣチップの実装に際して、導電性微粒子を含む接着材料（以下「ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　　ｆｉｌｍ）」という。）が使用される。具体的には、ＦＰＣ上に接着材料を付与し、その上にＩＣチップを装着し、さらに、ＩＣチップをＦＰＣに押さえつけるとともに加熱が行われる。これにより、ＩＣチップとＦＰＣとの間において接着材料中の導電性微粒子が潰れ、ＩＣチップの電極とＦＰＣ上の配線とが電気的に接合される。また、接着材料は加熱により硬化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＩＣチップ内の回路の高集積化に伴って、ＩＣチップ上に形成される電極間のさらなる狭ピッチ化が進んでいる。したがって、ＦＰＣ上に形成される配線のピッチも、一層微小とする必要が生じる。配線ピッチの微小化は、イオンマイグレーションに起因する配線の劣化や短絡の問題を引き起こす。イオンマイグレーションとは、水分の吸湿による配線金属のイオン化と析出との繰り返し作用による配線の劣化である。イオンマイグレーションは、ＦＰＣ製造時のメッキ処理に伴う塩化物などの残留により促進されることが知られている。このイオンマイグレーションを防止するには、イオンを除去するか水分を侵入させないことが必要である。すなわち仮にイオンが存在しても水分を完全に防止すればイオンマイグレーションは起こらない。したがって、水分を防止する方法として、絶縁樹脂を塗布する方法がある。しかし、この方法では、塗布する部分に凹凸がある場合、完全に被覆することができない。
【０００５】
また、ＦＰＣ上の配線は銅からなり、電解めっき法により形成されている。そのため、ＦＰＣの完成時には、ＦＰＣ上の配線パターン以外の電流を流すためだけに用いられた不要な配線は切断される。すなわち、通常ＦＰＣの配線パターンの先端では、銅が露出している部分が存在する。この露出した銅も水分により腐食し、イオンマイグレーションの原因となり、電気的な信頼性に問題が生ずる。具体的な例を以下に示す。
【０００６】
図４に携帯電話に使用される代表的なモジュール基板の例を示す。モジュール基板１は、ＦＰＣ２とベアＩＣ３とＳＭＤ４と液晶パネル５からなる。図５は、ＦＰＣ２とベアＩＣ３の接合部の断面図である。ＦＰＣ２とベアＩＣ３は、導電粒子６を含んだ絶縁材料であるＡＣＦ７を用いて接合されており、８は、ベアＩＣ３に形成された金めっきバンプで、９は、銅、ニッケル、金（最表面）からなる基板電極である。接合のプロセスを以下に示す。ベアＩＣ３は、ＦＰＣ２の基板電極９上に貼り付けられたＡＣＦ７上に載置され、ベアＩＣ３を加熱しかつ加圧（１８０℃、２．２×１０６Ｐａ、７秒）することにより接合される。図５において、１０は配線の露出部である。通常ＦＰＣ２の配線上は、レジスト（図示せず）で被覆されている。しかし、ベアＩＣ３との接続電極部では、レジストは塗布されていない。そのためＡＣＦ７を介してベアＩＣ３を接合しても、ＡＣＦ７に被覆されていない配線露出部１０が存在する。配線露出部１０に電圧がかかった状態で水分が存在した場合、金の腐食が加速されイオンマイグレーションが起こり電気的な信頼性が低下する。
【０００７】
さらに、ＦＰＣ２とＡＣＦ７の接合界面から水分が侵入した場合、基板電極９に電圧がかかった時には、金の腐食が加速され、基板電極９間でイオンマイグレーションが起こり電気的な信頼性が低下する。
【０００８】
図６は、ＦＰＣ２と液晶パネル１１の接合部の断面図である。液晶パネル１１接続側にはＩＴＯ膜８１が配線されており、導電粒子６を含んだＡＣＦ７を介してＦＰＣ２を載置して、ＦＰＣ２側を加熱、加圧（１８０℃、２．２×１０６Ｐａ、７秒）することにより基板電極９１に接合される。図６において、ＦＰＣ２とＡＣＦ７の接合界面から水分が侵入した場合、基板電極９１に電圧がかかった時には、金の腐食が加速され基板電極９１間でイオンマイグレーションが起こり、電気的な信頼性が低下する。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、モジュール基板に対する電気的信頼性を向上することができるモジュール基板を提供することを主たる目的としており、特に、モジュール基板を形成する基板上に形成された配線における腐食を防止し、イオンマイグレーションの発生の抑制等を実現することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、回路基板に対してフロロカーボン系のガスを用いてプラズマ処理して前記回路基板表面に膜を形成し、イオンマイグレーションの発生の抑制等を実現するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態のモジュール基板表面処理装置について、図５、図６の構成を引用し、図面を参照しながら説明する。図１は、プラズマ処理に使用したモジュール基板表面処理装置の断面図を示すものである。
【００１２】
図１において、反応室１２は、ガス導入口１３と真空排気口１４を有し、接地されている。モジュール基板１５は、従来技術で説明した図５に示す構成要素からなり、高周波電極１６上に載置される。高周波発振器１７からの電力は、マッチングチューナー（図示せず）、高周波電力供給部を通って高周波電極１６に供給され、高周波電極１６は、絶縁リング１８により反応室１２と絶縁が保たれている。高周波電極１６、絶縁リング１８と反応室１２は、Ｏリング（図示せず）により真空に保たれている。対向電極１９は、高周波電極１６の対向する位置にあり、接地されている。冷却溝２０は、Ｏリングが２００℃以上に加熱されないように冷却水を流すためものである。
【００１３】
以上のように構成されたプラズマ処理装置について、以下説明する。ガス導入口１３からＣＦ４ガスを５０ＳＣＣＭ流しながら、反応室１２内の真空度を１２０Ｐａに保った状態で高周波電極１６に１００Ｗ（パワー密度は０．３２Ｗ／ｃｍ２）の高周波を印加し、プラズマを発生させ、６０秒間処理する。通常ＣＦ４ガスは、プラズマ放電により、（化１）に示すようにＦ−、ＣＦ３−などのイオンやＣＦ４＊、ＣＦ３＊、Ｆ４＊などのラジカルが形成される。
【００１４】
【化１】
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【００１５】
さらに（化２）の反応が生じる
【００１６】
【化２】
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【００１７】
一般的にＣＦ４ガスは、半導体分野などではシリコン化合物のエッチングガスとして使用され、圧力としては、数Ｐａから約８０Ｐａ程度の圧力領域で用いられている。ただ、１００Ｐａを超えるとイオンよりラジカルが優先となり、エッチングとしての機能より成膜としての機能が優先的に働くようになる。また、高周波電極１６に印加する電力も、１５０Ｗ（パワー密度は０．４８Ｗ／ｃｍ２）以下であれば、イオンの形成よりラジカルが優先的に形成され、より効率的に成膜される。ただし、３０Ｗ（パワー密度は０．１Ｗ／ｃｍ２）以下であれば、放電しない。本発明でのプロセス条件では、圧力を高い領域に設定し、かつ高周波電力も低く設定しているため、プラズマ中にさらされたモジュール基板１５面上には、プラズマ中にあるＣＦ４＊、ＣＦ３＊、Ｆ４＊などがモジュール基板１５表面に付着し、ＣとＦからなるフッ素を含んだ膜を形成することになる。この形成された膜は、絶縁膜でかつ撥水性を有する。
【００１８】
またこの膜は、モジュール基板１５に凹凸があっても真空中で形成されるため、ガスにさらされる領域では完全に全体を被覆することができる。すなわち、配線露出部１０や、ベアＩＣ３と液晶パネル１１をＦＰＣ２に接続するために配置されたＡＣＦ７側面に対して、フッ素を含有した膜で被覆することになる。そのため、水蒸気からの吸湿を防止し、金配線の腐食あるいはＦＰＣ２の基板電極９、９１間のイオンマイグレーションを防止することができる。
【００１９】
さらに、配線パターンの先端の銅が露出している部分では、フッ素を含有した膜で被覆する効果以外に、初期段階で、フッ素イオンおよびフッ素ラジカルにより弗化され、弗化銅が形成される。この膜も腐食防止の効果がある。
【００２０】
以上のように本実施例によれば、反応室１２内の真空度を１２０Ｐａに保った状態で高周波電極１６に１００Ｗ（パワー密度は０．３２Ｗ／ｃｍ２）の高周波を印加してＣＦ４ガスプラズマで処理することにより、フッ素を含有した膜が、効率的にモジュール基板１５に成膜される。結果としてプラズマにさらされたモジュール基板１５表面は、フッ素を含有した膜で被覆され金や銅配線の腐食やＦＰＣ２のリード電極９間のイオンマイグレーションを防止することができる。
【００２１】
つぎに、本発明の第２の実施形態のモジュール基板表面処理装置について、図５、図６の構成を引用し、図面を参照しながら説明する。図２は、モジュール基板表面処理装置の断面図を示すものである。反応室２１は、石英ガラスからなる反応管２２と、ガス導入口２３とガス排気口２４を有する蓋２５からなる。反応管２２と蓋２５はＯリング（図示せず）を介して固定され、真空に保つような構成になっている。反応室２１の周囲には高周波電力を供給するための高周波供給コイル２６が配置され、高周波電源２７からの高周波電力を供給する。モジュール基板２８は、基板保持台２９の溝３０で垂直に固定されており、図４に示すように、ＦＰＣ２とベアＩＣ３とＳＭＤ４と液晶パネル５からなる。図３は、モジュール基板２８を保持するための基板保持台２９の斜視図である。液晶パネル５を溝３０に差込み処理基板２８は固定されている。
【００２２】
以上のように構成されたプラズマ処理装置について、以下説明する。ガス導入口２３からＣＦ４ガスを５０ＳＣＣＭ流しながら、反応室２１内の真空度を１２０Ｐａに保った状態で、高周波電源２７から高周波供給コイル２６に５０Ｗの高周波電力を供給し、プラズマを発生させ、６０秒間処理する。第１の実施形態と同様、通常ＣＦ４ガスは、プラズマ放電により、Ｆ−、ＣＦ３−などのイオンやＣＦ４＊、ＣＦ３＊、Ｆ４＊などのラジカルが形成される。一般的にＣＦ４ガスは半導体分野などではシリコン化合物のエッチングガスとして使用され、圧力としては、数Ｐａから約８０Ｐａ程度の圧力領域で用いられている。ただ１００Ｐａを超えるとイオンよりラジカルが優先となりエッチングとしての機能より成膜としての機能が優先的に働くようになる。また、高周波供給コイル２６に印加する電力も１５０Ｗ以下であれば、イオンの形成よりラジカルが優先的に形成され、より効率的に成膜される。ただし、約３０Ｗ以下であれば、放電しない。本発明でのプロセス条件では、圧力を高い領域に設定し、かつ高周波電力も低く設定しているため、プラズマ中にさらされたモジュール基板２８面上には、プラズマ中にあるＣＦ４＊、ＣＦ３＊、Ｆ４＊などがモジュール基板２８表面に付着し、ＣとＦからなるフッ素を含んだ膜を形成することになる。この形成された膜は、絶縁膜でかつ撥水性を有する。
【００２３】
またこの膜は、モジュール基板２８に凹凸があっても真空中で形成されるため、ガスにさらされる領域では完全に全体を被覆することができる。すなわち配線露出部１０や、ベアＩＣ３や液晶パネル１１をＦＰＣ２に接続するために間に配置されたＡＣＦ７側面に対してフッ素を含有した膜で被覆することになる。そのため、水分からの吸湿を防止し、金配線の腐食あるいはＦＰＣ２のリード電極９間のイオンマイグレーションを防止することができる。
【００２４】
さらに、配線パターンの先端の銅が露出している部分では、フッ素を含有した膜で被覆する効果以外に、初期段階で、フッ素イオンおよびフッ素ラジカルにより弗化され、弗化銅が形成される。この膜も腐食防止の効果がある。
【００２５】
そして、第１の実施形態の場合は、高周波電極１６に載置されたモジュール基板１６の接触面側には膜を被覆することはできないが、本実施形態ではモジュール基板２８の全表面を被覆することができる。
【００２６】
以上のように本発明によれば、モジュール基板２８を、反応室２１内の真空度を１２０Ｐａに保った状態で高周波供給コイル２６に５０Ｗの高周波を印加してＣＦ４ガスプラズマで処理することにより、効率的にフッ素を含有した膜が成膜される。結果としてプラズマにさらされたモジュール基板２８表面は、フッ素を含有した膜で被覆され金や銅配線の腐食やＦＰＣ２のリード電極９間のイオンマイグレーションを防止することができる。
【００２７】
つぎに、本発明の第３の実施形態における回路基板表面処理装置について説明する。装置は第１の実施形態と同様、図１に示すものである。
【００２８】
ガス導入口１３から酸素ガスを１０ＳＣＣＭ流しながら、反応室１２内の真空度を４０Ｐａに保った状態で高周波電極１６に２００Ｗ（パワー密度は０．６４Ｗ／ｃｍ２）の高周波を印加する。反応室１２中の酸素ガスは、放電し酸素ラジカル、酸素イオンと電子に分離し、回路基板１５表面を処理する。処理時間は、３０秒間である。酸素ラジカルは、回路基板１５表面に存在する有機物汚染と反応する。結果として、Ｃ（カーボン）からなる有機物は、酸素ラジカルにより分解し、ＣＯ２、ＣＯなどに反応生成され、除去される。次に第１の実施形態と同様、ガス導入口１３からＣＦ４ガスを５０ＳＣＣＭ流しながら、反応室１２内の真空度を１２０Ｐａに保った状態で高周波電極１６に１００Ｗ（パワー密度は０．３２Ｗ／ｃｍ２）の高周波を印加し、プラズマを発生させ、６０秒間処理する。
【００２９】
また、第３の実施形態の場合、膜を形成する前に、酸素プラズマで回路基板１５表面の有機物を除去しているため、表面は清浄化され、よりイオンマイグレーションや配線の腐食を防止することができる。
【００３０】
以上、本発明にかかる実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００３１】
上記第１〜第３の実施の形態では、ＣＦ４ガスプラズマで処理することにより、フッ素を含有した膜を形成し、金や銅の腐食やイオンマイグレーションを防止するとしたが、他の成膜ガスでも絶縁膜を形成すれば同様の効果はある。また、モジュール基板１５、２８は、図４の構成に示すようにＦＰＣ２とベアＩＣ３とＳＭＤ４と液晶パネル５からなる基板に対してのプラズマ処理としたが、電解めっき法により形成されたＦＰＣ上の完成時に切断された銅配線側面に対しては、ベアＩＣ３とＳＭＤ４と液晶パネル５の接合前にプラズマ処理して全体を被覆しても同様の効果は得られる。ただし、ベアＩＣ３とＳＭＤ４と液晶パネル５の接合前には、接合部に対して被覆した膜を除去するか、あるいは高抵抗にならないように膜の厚みを薄くする必要がある。５００Å以下であれば問題ないことを確認している。
【００３２】
さらに、モジュール基板１は、ＦＰＣ２とベアＩＣ３とＳＭＤ４と液晶パネル５からなる構成としたが、めっき法により形成されたＦＰＣ２単体でも、あるいは他の部品が搭載されたモジュール基板１でも、さらには、多層基板でも同様に金や銅配線の腐食を防止する役割を果たす。
【００３３】
そして、接着材料はフィルム状の接着材料であるＡＣＦ７としたが、流動体の塗布として接着材料が用いられてもよい。
【００３４】
また、上記第３の実施形態では、最初酸素ガスプラズマで処理をしたが、有機物を除去可能な、酸化性のガスであれば、どのようなガスであってもよい。
【００３５】
なお、上記実施の形態にて説明したＣＦ４ガスの反応は、およそ推測される範囲でであり、実際の反応および結合としてはさらに複雑な反応や他の種類の化学的または物理的結合が生じていてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明では、モジュール基板をＣＦ４ガスプラズマで処理することにより、効率的にフッ素を含有した膜が成膜される。結果としてプラズマにさらされたモジュール基板表面は、フッ素を含有した膜で被覆され銅配線の腐食やＦＰＣのリード電極間のイオンマイグレーションを防止することができ信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第３の実施の形態におけるモジュール基板表面処理装置の図
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるモジュール基板表面処理装置の図
【図３】モジュール基板を保持する基板保持台の斜視図
【図４】モジュール基板の例を示す図
【図５】ＦＰＣとベアＩＣの接合部の断面図
【図６】ＦＰＣと液晶パネルの接合部の断面図
【符号の説明】
１２　反応室
１３　ガス導入口
１４　ガス排気口
１５　モジュール基板
１６　高周波電極
１７　高周波電源
１９　対向電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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