(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム基板の表裏両面に、電極端子を有する配線層を少なくとも有し、フィルム基板上の実装領域に半導体素子が、ペースト状若しくはフィルム状の接着剤を用いて加熱圧着されることにより、半導体素子の接続端子が配線層と電気的に導通している多層構造のフレキシブル配線基板において、
上記フィルム基板上の実装領域において実装された半導体素子の裏面側となる部分には、半導体素子の底面積と同じか又は大きい面積にて配線層が配されない領域が形成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２】
前記フィルム基板は、実装される半導体素子の位置、又は、実装される半導体素子の接続端子の位置が、前記配線層が配されない領域から確認できるほどに透明であることを特徴とする請求項１記載のフレキシブル配線基板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のフレキシブル配線基板に前記半導体素子を加熱圧着により実装するに際し、前記配線層が配されない領域に、前記領域と同じ面積かつ同じか又は大きい厚さの固定板をはめ込み、加熱加圧を施した後に、固定板を外すことを特徴とする半導体素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層構造のフレキシブル配線基板及び半導体素子の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フレキシブル配線基板は、可撓性を有するフィルム基板の表面又は表裏面に金属製の配線パターンが形成され、樹脂等により適宜保護された多層構造を持ち、主に電子部品や装置間に配されて接続回路基板として使用されることが多い。また、ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子や電子部品等が搭載されるものもある。フレキシブル配線基板の有する可撓性によって、電子部品や装置間の微小な位置ズレや振動等を吸収することができ、また、折り曲げて使用することもできるため製品の小型化に有効であり、近年、多用されている。
【０００３】
従来のフレキシブル配線基板の構造を図３に示す。フレキシブル配線基板ＦＣは、ポリイミド等の樹脂フィルムで形成されたフィルム基板１の表裏面に、それぞれ銅等による金属製の配線２Ａ，２Ｂが所定の形状にて形成され、スルーホール５及びスルーホールメッキ５ａにより、表裏面の配線２Ａ，２Ｂが適宜導通されている。フィルム基板１上の実装領域３には、配線２Ａにより電極端子Ｐが形成され、ＬＳＩ等の半導体素子４が実装されている。さらに、配線２Ａ，２Ｂを保護するため、保護剤（ウレタン製のソルダーレジストやポリイミド等によるカバーフィルム）６が配設されている。図３に示すように、フレキシブル配線基板ＦＣの断面形状はフィルム基板１、配線２Ａ，２Ｂ、保護剤６が層状に重なっており、このような形状のフレキシブル配線基板ＦＣは、多層構造のフレキシブル配線基板とも言われる。
【０００４】
半導体素子４は、ペースト状若しくはフィルム状の接着剤である異方導電性樹脂膜（Anisotropic  Conductive  Film；以下ＡＣＦ）７を用いて、加熱圧着により実装される。ＡＣＦ７は、熱可塑性あるいは熱硬化性の樹脂フィルム内に導電粒子を分散させたものである。実装方法は、図４に示すように、フレキシブル配線基板ＦＣを搬送ステージＳに固定し、実装領域３にＡＣＦ７を塗布し、半導体素子４を位置合わせしてその上方から昇降動する加熱ツール８により加熱及び加圧して行われる。これにより、半導体素子４の接続端子４ａと電極端子Ｐとの間においてＡＣＦ７の導電粒子が密着し、接続端子４ａと電極端子Ｐが導通する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
フレキシブル配線基板ＦＣの両面に配線２Ａ，２Ｂ及び保護剤６が形成されている場合、半導体素子４が実装される実装領域３の裏面側にも、配線２Ｂ及び保護剤６が形成されることとなり、加熱圧着の際の圧力が各層において吸収されてしまっていた。すなわち、半導体素子４の実装時は、加熱加圧される半導体素子４と搬送ステージＳとの間に、ＡＣＦ７の他、配線２Ａによる電極端子Ｐ、フィルム基板１、配線２Ｂ及び保護剤６の順に４層を介することとなり、多層構造のフレキシブル配線基板ＦＣにＡＣＦ７を介して半導体素子４を実装すると、加熱ツール８による圧力が各層で奪われ、ＡＣＦ７の導電粒子の密着性が低下し、導通の安定が得られないという問題があった。また、裏面側の配線２Ｂのパターン形状が実装領域３において一様でない場合、加熱ツール８による圧力が一定とならないため、ＡＣＦ７の導電粒子の密着性に偏りが生じてしまう問題を有していた。また、実装後は通電による導通試験を行うが、密着性の偏りの度合いによっては、導通試験時には導通が認められても、その後、振動や経年劣化によって導通しなくなってしまうことがあった。また、導通試験には電源や計測器等が必要であり、特に量産品の場合に全数試験を行う際、その手間やコストが問題となっていた。
【０００６】
そこで本発明の目的は、多層構造のフレキシブル配線基板にペースト状若しくはフィルム状の接着剤を用いて半導体素子を熱圧着する際、十分な加圧力によりペースト状若しくはフィルム状の接着剤を均一に密着させることにより、信頼性の高いフレキシブル配線基板とこの基板に対する半導体素子の実装方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載のフレキシブル配線基板は、フィルム基板の表裏両面に、電極端子を有する配線層を少なくとも有し、フィルム基板上の実装領域に半導体素子が、ペースト状若しくはフィルム状の接着剤を用いて加熱圧着されることにより、半導体素子の接続端子が配線層と電気的に導通している多層構造のフレキシブル配線基板において、上記フィルム基板の実装領域において実装された半導体素子の裏面側となる部分には、半導体素子の底面積と同じか又は大きい面積にて配線層が配されない領域が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、半導体素子が実装される実装領域の裏面側には、半導体素子の底面積と同じか又は大きい面積にて、配線層が配されない領域が形成されているため、半導体素子を加熱圧着にて実装する際、裏面側の配線層に圧力を吸収されることがなく、半導体素子の実装の接続信頼性を高めることができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２記載のフレキシブル配線基板は、請求項１記載の発明を前提に、前記フィルム基板は、実装される半導体素子の位置、又は、実装される半導体素子の接続端子の位置が、前記配線層が配されない領域からから確認できるほどに透明であることを特徴とする。ここで、ペースト状若しくはフィルム状の接着剤が異方性導電膜（ＡＣＦ）の場合は、フィルム基板は、接着剤中の導電粒子が前記配線層が配されない領域から確認できるほどに透明であるとしても良い。
【００１０】
この発明によれば、半導体素子の実装後にフィルム基板の裏面側から半導体素子の位置、半導体素子の接続端子の位置を、又は、異方性導電膜（ＡＣＦ）の場合は接着剤の導電粒子を確認することができる。したがって、通電による導通試験を行う前に、簡便な外観検査による接続部の確認を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の請求項３記載の半導体素子のフレキシブル配線基板への実装方法は、請求項１又は請求項２記載のフレキシブル配線基板に前記半導体素子を加熱圧着により実装するに際し、前記配線層が配されない領域に、前記領域と同じ面積かつ同じか又は大きい厚さの固定板をはめ込み、加熱加圧を施した後に、固定板を外すことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、配線層が配されない領域に固定板をはめ込んで加熱加圧を施すため、半導体素子に加えられる圧力は、すき間を介することなく固定板で確実に受け止めることができる。したがって、請求項１又は請求項２記載のフレキシブル配線基板を実装する際に、従来と同じ形状の搬送ステージに固定して加熱加圧を施す場合は、裏面側の配線層等の厚さの分だけ搬送ステージとの間にすき間が生じるのに比べて、本発明の方法によれば、より有効に半導体素子に圧力を加えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を引用しながら説明する。図１は、本実施の形態のフレキシブル配線基板の断面構造図、図２は、本実施の形態のフレキシブル配線基板に半導体素子を実装する構造を示す図である。本実施の形態のフレキシブル配線基板ＦＣは、ポリイミド等の樹脂フィルムで形成されたフィルム基板１の表裏面に、それぞれ銅等による金属製の配線２Ａ，２Ｂが所定の形状にて形成され、スルーホール５及びスルーホールメッキ５ａにより、表裏面の配線２Ａ，２Ｂが適宜導通されている。フィルム基板１は半透明であり、裏面側から表面側の配線２Ａを確認することができる。フィルム基板１は完全に無色透明である必要はなく、裏面側から肉眼あるいは顕微鏡にて所望の事項が確認できる程度に透明であればよい。所望の事項とは、実装される半導体素子の位置、又は、実装される半導体素子の接続端子の位置、又は、ペースト状若しくはフィルム状の接着剤が異方性導電膜（ＡＣＦ）の場合は、その接着剤中の導電粒子等であり、更には、後述する、突起電極（バンプ）付きの半導体素子４の場合は、その突起電極である。なお、これらの所望の事項を確認し易くするために、対象物を着色等させることも可能である。フィルム基板１を透明に近づけるには、フィルム基板１の厚さを薄くすることで実現できる（例えば２５μｍ程度）。フィルム基板１上の実装領域３には、配線２Ａにより電極端子Ｐが形成され、ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子４が実装されている。さらに、配線２Ａ，２Ｂを保護するため、保護剤（ウレタン製のソルダーレジストやポリイミド等によるカバーフィルム）６が配設されている。
【００１４】
そして、半導体素子４が実装される実装領域３の裏面側には、半導体素子４より少し大きい面積の長方形となるように、裏面側の配線２Ｂ及び保護剤６が除去された窓９が形成されている。窓９は、フィルム基板１の裏面の配線層や保護層等が配されない領域であり、長方形に形成されている。本実施の形態では、長方形の窓９の一辺の長さは、当該窓９の裏面側に実装される半導体素子４の一辺の長さのおよそ１．５倍から２倍程度であり、半導体素子４を実装したとき、窓９の辺と半導体素子４の辺との間にすき間ができるように形成されているが、窓９の裏面において、窓９の内側（窓９の辺で囲まれた部分）に半導体素子４をはめ込むことができれば同じ大きさでも良く、また、その形状は問題とならない。なお、突起電極（バンプ）付きの半導体素子４の場合は、接続されるバンプの部分のみ上記窓９を形成することも可能である。
【００１５】
半導体素子４は、ペースト状若しくはフィルム状の接着剤である異方性導電膜（ＡＣＦ）７を用いて、加熱圧着により実装される。ＡＣＦ７は、熱可塑性あるいは熱硬化性の樹脂フィルム内に導電粒子を分散させたものである。詳しくは、絶縁性を有する接着剤中に導電粒子が分散され厚み方向（接続方向）に導電性を有し、面方向（横方向）に絶縁性を有するもので、導電粒子と接着剤から構成される。その接続は基本的には加熱圧着であり、導電粒子が電気接続の機能を担当し、接着剤が圧接状態を保持する機能を担当する。導電粒子の表面には絶縁皮膜が施されており、特定の方向に圧力がかけられることにより、絶縁皮膜が一部破壊される。絶縁皮膜の材質としては、樹脂が多く使用されている。なお、導電粒子を潰すように加熱圧着させるものもある。本発明に使用されるペースト状若しくはフィルム状の接着剤は、ＡＣＦ７の場合においては、導電粒子や接着剤の構成等を限定することはなく、加熱圧着により使用されるものであれば、汎用のＡＣＦで足り、ＡＣＦ以外の場合においては、導電性接着剤（導電性ペースト）やクリーム半田等であってもよい。
【００１６】
半導体素子４の実装に際しては、図２に示すように、フレキシブル配線基板ＦＣを搬送ステージＳに固定する。搬送ステージＳには、予め窓９と同形状で窓９にはめ込むことができる大きさの固定板１０が取り付けられ、窓９に固定板１０がはめ込まれるようにフレキシブル配線基板ＦＣが固定される。次いで、実装領域３にＡＣＦ７を塗布し、半導体素子４を位置合わせして上方（半導体素子４の実装面の裏面側）から加熱ツール８により加熱及び加圧される。これにより、半導体素子４の接続端子４ａと電極端子Ｐとの間にＡＣＦ７の導電粒子が密着し、接続端子４ａと電極端子Ｐが導通する。具体的には、半導体素子４の実装時、固定板１０と半導体素子４との間には、ＡＣＦ７の他は、配線２Ａによる電極端子Ｐとフィルム基板１のみが介されることとなる。このため、加熱ツール８による圧力は、裏面側の配線２Ｂや保護剤６に吸収されることなく、かつ、偏りなく半導体素子４に圧力が加わる。これにより、偏ることなく導電粒子に圧力がかかることとなり、導電粒子の絶縁皮膜が均等に破壊され、あるいは、導電粒子の弾力性（復元性）が有効に発揮されることとなる。したがって、ＡＣＦ７の導電粒子は、偏ることなく半導体素子４の接続端子４ａと電極端子Ｐに密着し、安定した導通が得られる。
【００１７】
加熱ツール８による圧力を有効に得るために、固定板１０の厚さは、少なくとも窓９の深さより大きい（厚い）ことが必要である。本実施の形態の固定板１０は、ステンレス製であるが、加熱ツール８による熱及び圧力に十分耐えられ、また加熱ツール８による圧力を吸収することのないよう十分な硬さが得られるものであれば、他の金属、セラミック、あるいは樹脂等によるものでもよい。また、固定板１０は、窓９の形状にあわせて作製するため、従来の搬送ステージＳに取り付け及び取り外すことを可能にすると良い（着脱可能にすると良い）。なお、固定板１０を搬送ステージと一体化させた搬送ステージＳとして形成することは実施に応じて可能である。
【００１８】
以上、本実施の形態ではフレキシブル配線基板ＦＣに半導体素子４を実装する場合を例に説明したが、本発明はコンデンサ等の他の電子素子や電子部品を実装する場合にも適用可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の多層構造のフレキシブル配線基板は、半導体素子が実装される実装領域の裏面側に、半導体素子の底面積と同じか又は大きい面積にて、配線層等が配されない領域が形成されているため、半導体素子をペースト状若しくはフィルム状の接着剤を介して加熱圧着にて実装する際、裏面側の配線層等に圧力が吸収されることなく十分な圧力を加えることができ、接続信頼性を高めることが可能になる。また、フィルム基板を透明に近づけることにより、半導体素子の実装後にフィルム基板の裏面側から半導体素子の位置、半導体素子の接続端子の位置等を確認することができる。したがって、通電による導通試験を行う前に、簡便な外観検査による接続部の確認を行うことにより、実装状態の良いものをある程度選別することが可能となり、実装状態が良好である確率が高いものだけを導通試験にかけることができる。
【００２０】
また、本発明の半導体素子の実装方法によれば、配線層及び保護層が配されない領域に固定板をはめ込んで加熱加圧を施すことにより、半導体素子に加えられる圧力は、すき間を介することなく固定板で確実に受け止めることができる。したがって、請求項１又は請求項２記載のフレキシブル配線基板を実装する際に、従来と同じ形状の搬送ステージに固定して加熱加圧を施す場合は、裏面側の配線層等の厚さの分だけ搬送ステージとの間にすき間が生じるのに比べて、本発明の半導体素子の実装方法によれば、より有効に半導体素子に圧力を加えることができ、信頼性の高いフレキシブル配線基板が得られる。
【００２１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるフレキシブル配線基板の断面構造図
【図２】本発明の実施の形態における半導体素子の実装構造を示す図
【図３】従来のフレキシブル配線基板の構造を示す図
【図４】従来の形態における半導体素子の実装構造を示す図
【符号の説明】
１          フィルム基板
２Ａ，２Ｂ  配線
３          実装領域
４          半導体素子
４ａ        接続端子
５          スルーホール
５ａ        スルーホールメッキ
６          保護剤
７          ＡＣＦ
８          加熱ツール
９          窓（配線層及び保護層が配されない領域）
１０        固定板
ＦＣ        フレキシブル配線基板
Ｐ          電極端子
Ｓ          搬送ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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