フレキシブル多層配線板、フレキシブル半導体装置及びフレキシブル多層配線板の製造方法
【課題】半導体素子をワイヤを用いて電極パッドに圧着させる際に、接続強度を十分に確保できるフレキシブル多層配線板を提供する。
【解決手段】フレキシブル多層配線板３０は、第１主面Ｍ１及び第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を備える接着剤層１Ａと、接着剤層１Ａ上に配置された、第２主面Ｍ２と接する第３主面Ｍ３及び第３主面Ｍ３に対向する第４主面Ｍ４を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層２Ａとを有する基材１０Ａを有する。フレキシブル多層配線板３０は、基材１０Ａと同様の構成を備える基材１０Ｂ，１０Ｃと、最外郭基材１０Ｄをさらに有する。最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中には、接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。
【解決手段】フレキシブル多層配線板３０は、第１主面Ｍ１及び第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を備える接着剤層１Ａと、接着剤層１Ａ上に配置された、第２主面Ｍ２と接する第３主面Ｍ３及び第３主面Ｍ３に対向する第４主面Ｍ４を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層２Ａとを有する基材１０Ａを有する。フレキシブル多層配線板３０は、基材１０Ａと同様の構成を備える基材１０Ｂ，１０Ｃと、最外郭基材１０Ｄをさらに有する。最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中には、接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル多層配線板、フレキシブル半導体装置及びフレキシブル多層配線板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップと配線基板との電気的な接続において、従来から微細なワイヤを用いて接続するワイヤーボンディング工法が用いられている。このワイヤーボンディング工法による接続において、一般的にワイヤ材料にＡｕが用いられ、電極材料に金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属が用いられる。この金属ワイヤを電極金属に熱圧着することで接続する。このとき、例えば、Ａｕ−Ａｕ接合においては、熱圧着のみでは３００℃程度まで温度上昇する必要があることから、この温度領域では、樹脂基板は適用できない。このため、超音波による振動（振動エネルギー）を与えることで金属表面を活性化させ、１００℃〜２００℃の低温での接続を可能にしている。この熱・荷重・超音波により、金属表面の水分等の不純物の除去や金属ワイヤと電極間の原子拡散を促進することで固相接合する。このため、超音波の伝達や荷重の負荷を十分に行うために比較的弾性率の高いガラスエポキシ樹脂を用いたリジット基板が用いられてきた。
【０００３】
ところが、近年、電子機器の高機能化・高速伝送を実現するために、ガラスエポキシ樹脂よりも低誘電率のポリイミドを用いたフレキシブル多層配線板が採用される傾向にある。ポリイミドを用いた多層配線板は、ポリイミドからなる絶縁性基材及び接着剤層を備える基材を複数備える。ポリイミドは一般的にガラスエポキシ樹脂に比べて弾性率が低い。ガラスエポキシ樹脂の弾性率が約２０ＧＰａであるのに対して、ポリイミドの弾性率は約５ＧＰａである。また接着剤層の弾性率は数ＧＰａ〜数百ＭＰａである。
【０００４】
絶縁性基材として低弾性率材料であるポリイミドを用いた多層配線板は、ワイヤーボンディング時の荷重により、基板表面が容易に変形するため、荷重の負荷が不十分となり、ワイヤと電極間の接続強度が低下する。弾性率が数ＧＰａ〜数百ＭＰａの接着材がダンパのように作用し、超音波を十分に伝達できていないことも、接続強度低下の要因のひとつと推測されている。
【０００５】
上述の課題を解決する手段として、例えば、ワイヤーボンディング接続による接続強度不足を補うために、ワイヤーボンディング電極パッドの厚さを厚くする方法や接着材の改良（弾性率増加）等の対策がとられている（例えば、特許文献１等参照。）。
【０００６】
しかし、上記ワイヤーボンディング電極パッドは主としてスパッタ法や電解めっき法により形成されることから、厚膜化することでコスト上昇やプロセスの複雑化にもつながる。また、接着材の改良も開発コストや時間の増加を避けられない。そのため、ワイヤとワイヤーボンディング電極パッドの接続強度を十分に確保できるフレキシブル多層配線板が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３１８５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、半導体素子をワイヤを用いてワイヤーボンディング電極パッドに圧着させる際に、接続強度を十分に確保できるフレキシブル多層配線板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層と、接着剤層上に配置された、第２主面と接する第３主面及び第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層とを有する基材を複数有し、接着剤層と絶縁性基材層とが交互に積層されたフレキシブル多層配線板であって、最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドが設けられ、最外郭基材の接着剤層中に接着剤層よりも弾性率が高いビア層が埋設されていることを特徴とするフレキシブル多層配線板を要旨とする。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層と、接着剤層上に配置された、第２主面と接する第３主面及び第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層とを有する基材を複数有し、接着剤層と絶縁性基材層とが交互に積層されたフレキシブル半導体装置であって、最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドが設けられ、最外郭基材の接着剤層中にワイヤーボンディング電極パッドよりも弾性率が高いビア層が埋設され、最外郭基材の第４主面の一部に半導体素子が配置され、半導体素子とワイヤーボンディング電極パッドがワイヤにより電気的に接続されていることを特徴とするフレキシブル半導体装置を要旨とする。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層上に、第３主面及び第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層を配置して複数の基材を製造する工程と、基材の少なくとも１つに、ワイヤーボンディング電極パッドが形成される真下に当たる部分に孔を設け、孔にワイヤーボンディング電極パッドよりも弾性率が高い材料を充填してビア層を形成する工程と、接着剤層と絶縁性基材層とが交互になるように複数の基材を積層させて仮基板を製造する工程と、ビア層の上部に当たる最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドを設ける工程とを有する多層配線板の製造方法を要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体素子をワイヤを用いてワイヤーボンディング電極パッドに圧着させる際に、接続強度を十分に確保できるフレキシブル多層配線板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の断面図である。
【図２】実施形態に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の一部切り欠き上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図３】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その１）である。
【図４】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その２）である。
【図５】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その３）である。
【図６】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その４）である。
【図７】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その５）である。
【図８】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その６）である。
【図９】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その７）である。
【図１０】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その８）である。
【図１１】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その９）である。
【図１２】有限要素法解析法による多層配線板の表面沈み込み解析結果を示す。
【図１３】実施形態の変形例１に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図１４】実施形態の変形例２に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の断面図である。
【図１５】実施形態の変形例３に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の断面図である。
【図１６】実施形態の変形例４に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図１７】実施形態の変形例５に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。尚、図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
［フレキシブル多層配線板］
図１に示すように、第１の実施形態にかかるフレキシブル多層配線板３０は、第１主面Ｍ１及び第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を備える接着剤層１Ａと、接着剤層１Ａ上に配置された、第２主面Ｍ２と接する第３主面Ｍ３及び第３主面Ｍ３に対向する第４主面Ｍ４を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層２Ａとを有する基材１０Ａを有する。フレキシブル多層配線板３０は、基材１０Ａと同様の構成を備える基材１０Ｂ，１０Ｃと、最外郭基材１０Ｄをさらに有する。複数の基材１０Ａ…１０Ｃ及び最外郭基材１０Ｄは、基礎基板３００上に、接着剤層１Ａ、絶縁性基材層２Ａ、…接着剤層１Ｄ、絶縁性基材層２Ｄという具合に、接着剤層１Ａ…１Ｄと絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとが交互に積層されている。最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４の一部にはワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂが設けられている。最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中には、接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。ここでは、最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４から最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１に至る貫通孔が設けられ、貫通孔にビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に、接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂを埋設することで、沈み込みが防止される。また接着剤層１Ｄにより決定される沈み込み量を減少できるために、基板表面のたわみが抑制される。
【００１６】
基材１０Ａの第１主面Ｍ１上には配線１２Ａが形成され、基材１０Ｂ，１０Ｃ，最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１においてもそれぞれ配線１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄが形成されている。配線１２Ａと配線１２Ｂは基材１０Ａの第１主面Ｍ１から第４主面Ｍ４の貫通孔に埋設された配線ビア１５Ａ１、１５Ａ２、１５Ａ３、１５Ａ４を介して電気的に接続されている。同様にして配線１２Ｂと配線１２Ｃは、配線ビア１５Ｂ１、１５Ｂ２、１５Ｂ３を介して電気的に接続され、配線１２Ｃと配線１２Ｄは、配線ビア１５Ｃ１、１５Ｃ２、１５Ｃ３を介して電気的に接続され、配線１２Ｄと電極パッド５Ａ，５Ｂは、配線ビア１５Ｄ１、１５Ｄ２を介して電気的に接続されている。
【００１７】
ビア層９Ａ，９Ｂの材質としては、接着剤層１Ｄよりも弾性率の高い材料が好ましい。沈み込みを効果的に防止してくれるからである。また弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂを用いることで、超音波の振動伝達効率が上昇するからである。ビア層９Ａ，９Ｂとしては、接着剤層１Ａ…１Ｄよりも１桁以上弾性率が高い材料が好ましく、２桁以上弾性率が高い材料がより好ましい。なお、ビア層９Ａ，９Ｂは、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に配置されるのであれば特に制限はないが、より沈み込み防止効果が期待できるので、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの真下に配置することが好ましい。
【００１８】
ビア層９Ａ，９Ｂとしては、例えば、金属材料もしくは無機材料を用いることができる。金属材料としては、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）や、Ａｇペースト等の導電ペーストを用いることができる。無機材料としては、焼結セラミック、無機フィラー入り樹脂、無機フィラー入り焼結ペースト等を用いることができる。
【００１９】
ビア層９Ａ，９Ｂは、電気的に接続される配線であっても、電気的に接続されないダミー配線であっても構わない。ビア層９Ａ，９Ｂは、配線１２Ａ…１２Ｄや、配線ビア１５Ａ１…１５Ｄ２と同一素材であっても構わない。生産工程の簡略化が図れるという観点からは、ビア層９Ａ，９Ｂと、配線１２Ａ…１２Ｄ、配線ビア１５Ａ１…１５Ｄ２と同一素材とすることが好ましい。ビア層９Ａ，９Ｂの形状は特に制限されないが、後に図２（ａ）を用いて説明するように円柱状のものを用いることができる。
【００２０】
絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとしては、低弾性率素材で形成された基材を用いることができる。具体的には全芳香族ポリイミド（ＡＰＩ）等によるポリイミドフィルムやポリエステルフィルム等の可撓性を有する樹脂フィルムを用いることができる。なかでもポリイミドフィルムを用いることが好ましい。可撓性があり曲げられるからである。またガラスエポキシ樹脂よりも誘電率が低く、高速伝送特性が高いからである。なお、ポリイミドフィルム以外にも、エポキシ系、イミド系のプリプレグなどを絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとして使用することも可能である。
【００２１】
接着剤層１Ａ…１Ｄは、接着剤の塗布以外に、熱可塑性ポリイミド、もしくは熱可塑性ポリイミドに熱硬化機能を付与したフィルムの貼り付けにより形成することができる。
【００２２】
［フレキシブル半導体装置］
上述の通り、フレキシブル多層配線板３０は、沈み込みが防止される。かかる特性を生かす用途としては、図２（ａ）に示すような、半導体素子２０Ａと、半導体素子２０Ａの周囲に配置されたワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂがワイヤ３Ａ，３Ｂにより電気的に接続されたフレキシブル半導体装置３１が挙げられる。図２（ｂ）に示すように、フレキシブル半導体装置３１は、第１主面Ｍ１及び第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を備える接着剤層１Ａ…１Ｄと、接着剤層１Ａ…１Ｄ上に配置された、第２主面Ｍ２と接する第３主面Ｍ３及び第３主面Ｍ３に対向する第４主面Ｍ４を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとを有する基材を複数有する。接着剤層１Ａ…１Ｄと絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとが交互に、複数の基材１０Ａ…１０Ｃと最外郭基材１０Ｄが、積層されている。フレキシブル半導体装置３１の最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４の一部にはワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂが設けられている。図２（ａ）の一部切り欠きの上面図に示すように、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。ここではビア層９Ａ，９Ｂは円柱状の形状をしている。最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４の一部には半導体素子２０Ａが配置され、半導体素子２０Ａとワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂがワイヤ３Ａ，３Ｂにより電気的に接続されている。ワイヤ３Ａ，３Ｂをワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂに熱圧着させても、フレキシブル半導体装置３１においては、沈み込みが防止されるので、ワイヤ３Ａ，３Ｂとワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの接続強度が確保される。また最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４から最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１に至る貫通孔が設けられ、貫通孔にビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。そのため、ビア層９Ａ、９Ｂを配線ビアとして、使用してワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂとビア層９Ａ、９Ｂを電気的に接続させることで、半導体素子２０Ａからの信号を最短距離で基材１０Ｃに送ることができる（この逆の経路も同様）。そのため、配線抵抗を最小にでき、信号伝送速度が速くなる。また、従来、ＬＶＨ構造においては、ＬＶＨ直上にボンディングすることが困難であり、ワイヤーボンディング電極パッドを引き回す必要があったが、これにより、ワイヤーボンディング電極パッドを引き回す必要が無くなる。
【００２３】
［フレキシブル多層配線板の製造方法］
以下に、フレキシブル多層配線板３０（フレキシブル半導体装置３１）の製造方法について説明する。
【００２４】
（イ）図３に示すように、第３主面Ｍ３及び第３主面Ｍ３に対向する第４主面Ｍ４を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層１０２Ａを用意する。ここではポリイミドで形成されたものを用意する。第４主面Ｍ４上には、例えば銅からなる導電材料１１２Ａを付しておく。
【００２５】
（ロ）図４に示すように、絶縁性基材層１０２Ａ上に、第１主面Ｍ１及び第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を備える接着剤層１０１Ａを配置する。ここでは、第３主面Ｍ３に接する面が第２主面Ｍ２となる。図５に示すように導電材料１１２Ａ上に所望のパターンの開口部（図示せず）を備えるマスク２００を配置する。接着剤層１０１Ａの第１主面Ｍ１上に所望のパターンの開口部（図示せず）を備えるマスク２０１を配置する。
【００２６】
（ハ）エッチングにより図６に示すように配線１２Ａを形成する。レーザビーム照射により図７に示すように孔１５Ａｈ１、１５Ａｈ２、１５Ａｈ３、１５Ａｈ４を形成する。レーザビーム照射の他にも、エッチングや、レーザビーム照射とエッチングとの組み合わせによっても孔１５Ａｈ１…１５Ａｈ４を形成してもよい。図８に示すように、スキージＳを用いたスキージ印刷法等により孔１５Ａｈ１…１５Ａｈ４に金属からなる導電ペーストを埋め込んで配線ビア１５Ａ１…１５Ａ４を形成して基材１０Ａを製造する。なお、スキージ印刷法の他に、ビア層の形成方法としては、電解めっき法、無電解めっき法、スクリーン印刷、スパッタ法等を用いてもよい。
【００２７】
（ニ）上述の（イ）〜（ハ）工程を繰り返して、基材１０Ｂ、１０Ｃ、最外郭基材１０Ｄを形成する。基材１０Ａ…１０Ｃ、最外郭基材１０Ｄの少なくとも１つに、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂが形成される真下に当たる部分に孔を設ける。ここでは、図７と同様にして最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４から最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１に至る孔を設ける。そして、図８と同様にして孔に接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂを埋設してビア層９Ａ，９Ｂを形成する。接着剤層１Ａ…１Ｄと絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとが交互になるように、複数の基材１０Ａ…１０Ｃ、最外郭基材１０Ｄを積層させて図９に示すような仮基板１３０を得る。なお、ビア層９Ａ，９Ｂは配線ビア１５Ｄ１、１５Ｄ２の作製よりも前（先）に作製しても良い。
【００２８】
（ホ）図１０に示すように、最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４に導電性材料１１４を設ける。その後、図１１に示すように、導電性材料１１４上にマスク２０２を配置する。マスク２０２はワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂが形成される部分に開口部（図示せず）を備える。そしてエッチングにより、ビア層９Ａ，９Ｂの上部に当たる最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４の一部にワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂを設ける。以上により図１に示す、フレキシブル多層配線板３０が製造される。
【００２９】
（ヘ）さらに、最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４に半導体素子２０Ａを配置し、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂと半導体素子２０Ａをワイヤ３Ａ，３Ｂを用いて電気的に接続することにより、図２に示すようなフレキシブル半導体装置３１が製造される。
【００３０】
第１の実施形態によれば、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に、接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂを形成することで、沈み込みが防止される。また、沈み込みが防止されるだけでなく、相対的にビア層９Ａ，９Ｂ直上のワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂのたわみを抑制してくれるので、ボンディング荷重面の平坦性が向上する。ビア層９Ａ、９Ｂを用いることで、超音波の振動伝達効率が上昇する。さらに、スクリーン印刷、電解めっき法等の既存技術で対応可能であり、配線ビア１５Ｄ１，１５Ｄ２とビア層９Ａ、９Ｂを同時に形成可能できることから、工程数の増加、生産コストを抑えることができる。
【００３１】
［第２の実施形態］
［フレキシブル半導体装置］
以下に第１の実施形態との相違点を中心に、フレキシブル半導体装置３１の説明を通して第２の実施形態について説明する。なお、フレキシブル半導体装置３１の説明を行うことで、第２の実施形態に係る配線基板の説明を行うことにもなる。
【００３２】
第１の実施形態においては、ワイヤーボンディング時のワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの沈み込みを防止することにより、フレキシブル半導体装置３１のワイヤ３Ａ，３Ｂとワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの接続強度を確保した。しかし、その他にもフレキシブル多層配線板３０の有する基板表面のたわみ抑制効果によっても、ワイヤ３Ａ，３Ｂとワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの接続強度を確保することができる。
【００３３】
第１の実施形態においては、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されていた。第２の実施形態においては、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中にワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。このように構成することで、基板表面のたわみを抑制することができる。ビア層９Ａ，９Ｂが最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に配置されるのであれば特に制限はないが、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの真下に配置することが好ましい。
【００３４】
ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂとしては、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。銀の弾性率は８０ＧＰａ程度である。よって、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂとして銀を用いたときは、ビア層９Ａ，９Ｂとしては弾性率が８０ＧＰａよりも大きいものを用いることが好ましい。
【００３５】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１、第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３６】
例えば、第１、第２の実施形態においては、ビア層９Ａ、９Ｂは金属材料で形成した。しかし、金属材料に限定されることなく、ビア層９Ａ、９Ｂを無機材料で形成されたものに置き換えても構わない。例えば、図２（ｂ）のように基板１０Ｃとビア層９Ａ、９Ｂとを電気的に接続すると、基材１０Ｃの絶縁性基材層２Ｃ上に配線を形成できない等の不都合が生じる場合に有効である。
【００３７】
また第１、第２の実施形態のそれぞれにおいて、ビア層９Ａ，９Ｂは最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に埋設され、所定の弾性率を有するのであれば形状は特に制限されない。例えば、図２（ａ）ではビア層９Ａ，９Ｂは円柱状としたが、図１３（ａ）の上面図に示すように、ドーナツ状のビア層１９Ａ，１９Ｂを用いたフレキシブル半導体装置３２としてもよい。なお、ビア層９Ａ，９Ｂ、１９Ａ，１９Ｂはワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの径より大きくてもよい。また、図１４に示すように、最外郭基材１０Ｄの第２主面Ｍ２から最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１に至る貫通孔を設け、貫通孔にビア層２９Ａ，２９Ｂを埋設したフレキシブル半導体装置３３としてもよい。例えば、図２（ｂ）に示すように基材１０Ｃとビア層９Ａ、９Ｂとを電気的に接続したくない場合、無機材料を用いることなく、配線ビア１５Ｄ１，１５Ｄ２と同一の金属材料からなるビア層２９Ａ、２９Ｂを用いることができるので、材料の管理が容易になる等で有利である。またワイヤーボンディング電極パッド４Ａ径が小さく、レーザー加工技術の精度の問題等でワイヤーボンディング電極パッド４Ａ径よりも小さい径を備えるビア層を設けることができず絶縁性基材層２Ｄを貫通することが困難な場合であっても、図１４の構成であれば、課題を解消できるからである。
【００３８】
また図１６（ａ）の上面図に示すように、ビア層はワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂのそれぞれの下方に、図１のビア層９Ａ，９Ｂよりも小径のビア層を１層の基材中に複数配置したフレキシブル半導体装置３５としてもよい。基材間の線膨張係数差による熱応力を緩和できるという作用効果が得られるからである。
【００３９】
第１、第２の実施形態のそれぞれにおいて、さらに、図１７に示すように半導体素子２０Ａの真下に埋設半導体素子２０Ｂをさらに配置してもよい。半導体素子２０Ａ，埋設半導体素子２０Ｂ間の配線距離を短くすることで演算速度が向上するからである。
【００４０】
第１、第２の実施形態において、ビア層は１層に限られず、図１５に示すように、最外郭基材１０Ｄと接する基材１０Ｃにビア層３９Ａ、３９Ｂを設け、２層としたフレキシブル半導体装置３４としてもよい。ビア層を２層とすることで、沈み込みや、たわみを効果的に防止できるからである。
【００４１】
第１、第２の実施形態においては、図２（ｂ）に示すように基礎基板３００上に基材１０Ａ…１０Ｄを積層させることとした。しかし、接着剤層１Ａの図面下方に、基礎基板３００の代わりに、絶縁性基材層２Ｄと同様の構成を備える新たな絶縁性基材層を設け、配線基板３０の主両面に電極を形成する構成としても構わない。
【００４２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００４３】
三次元解析モデルを用いて弾性解析を行った。図１２に、有限要素法解析法（アンシス社製、商品名「アンシス（ANSYS）11.0」の汎用プログラム）による多層配線板の表面の沈み込み解析結果を示す。
【００４４】
本解析では、絶縁性基材としてポリイミドを想定し、接着剤層としてエポキシ樹脂系接着剤を想定した。（１）実施例として、ワイヤーボンディング電極パッド直下に金属ビア層を形成した多層配線板、（２）比較例１としてワイヤーボンディング電極パッドの厚みを通常の２倍厚くした多層配線板、（３）比較例２として通常の多層配線板の３種類について解析した。
【００４５】
実施例では、ビア径を１００μｍとし、ビア層の弾性率を８０ＧＰａ（Ａｇの弾性率）とした。解析条件として、ボンディング加圧面積を４０μｍ２とし、２５０ＭＰａ（荷重４０ｇｆに相当）をワイヤーボンディング電極パッドに負荷した。また、評価条件として、多層配線基板表面の法線方向（垂直方向）の変位を用いた。
【００４６】
図１２から、ビア層をワイヤーボンディング電極パッド直下に形成することで、ワイヤーボンディング電極パッド直下にビア層を形成しない多層配線基板に比べて、多層配線基板表面の法線方向変位を１／３にまで低減できた。この結果から、平坦性を向上でき、ボンディング圧力の分布も抑制できることが確認できた。
【００４７】
また、ワイヤーボンディング電極パッドを２倍に厚くした多層配線基板と比べても、ワイヤーボンディング電極パッド直下にビア層を形成した多層配線基板では、多層配線基板表面の法線方向変位を５０％低減できることが確認できた。
【００４８】
以上より、実施例によれば、ワイヤーボンディング電極パッドの厚膜化よりもボンディング信頼性が向上した。また金属ビア層により、超音波の振動伝達効率も向上した。よって、ワイヤーボンディング電極パッドの厚膜化や接着材の高弾性率化よりもボンディング性能が向上するものと期待できる。
【００４９】
また、プロセス面において、ワイヤーボンディング電極パッド直下に形成するビア層は、Ｃｕめっき法、ペースト印刷、スパッタ法等により形成できる。いずれの方法であっても、通常の基板プロセスで対応でき、既存の配線ビア層と同時に形成可能であることから、コスト上昇や工程数増加につながらないというメリットがある。
【符号の説明】
【００５０】
３０…フレキシブル多層配線板、
３１…フレキシブル半導体装置、
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…基材、１０Ｄ…最外郭基材、
１Ａ…接着剤層、Ｍ１…第１主面、Ｍ２…第２主面
２Ａ…絶縁性基材、Ｍ３…第３主面、Ｍ４…第４主面
４Ａ，４Ｂ…ワイヤーボンディング電極パッド、
９Ａ，９Ｂ…ビア層、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル多層配線板、フレキシブル半導体装置及びフレキシブル多層配線板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップと配線基板との電気的な接続において、従来から微細なワイヤを用いて接続するワイヤーボンディング工法が用いられている。このワイヤーボンディング工法による接続において、一般的にワイヤ材料にＡｕが用いられ、電極材料に金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属が用いられる。この金属ワイヤを電極金属に熱圧着することで接続する。このとき、例えば、Ａｕ−Ａｕ接合においては、熱圧着のみでは３００℃程度まで温度上昇する必要があることから、この温度領域では、樹脂基板は適用できない。このため、超音波による振動（振動エネルギー）を与えることで金属表面を活性化させ、１００℃〜２００℃の低温での接続を可能にしている。この熱・荷重・超音波により、金属表面の水分等の不純物の除去や金属ワイヤと電極間の原子拡散を促進することで固相接合する。このため、超音波の伝達や荷重の負荷を十分に行うために比較的弾性率の高いガラスエポキシ樹脂を用いたリジット基板が用いられてきた。
【０００３】
ところが、近年、電子機器の高機能化・高速伝送を実現するために、ガラスエポキシ樹脂よりも低誘電率のポリイミドを用いたフレキシブル多層配線板が採用される傾向にある。ポリイミドを用いた多層配線板は、ポリイミドからなる絶縁性基材及び接着剤層を備える基材を複数備える。ポリイミドは一般的にガラスエポキシ樹脂に比べて弾性率が低い。ガラスエポキシ樹脂の弾性率が約２０ＧＰａであるのに対して、ポリイミドの弾性率は約５ＧＰａである。また接着剤層の弾性率は数ＧＰａ〜数百ＭＰａである。
【０００４】
絶縁性基材として低弾性率材料であるポリイミドを用いた多層配線板は、ワイヤーボンディング時の荷重により、基板表面が容易に変形するため、荷重の負荷が不十分となり、ワイヤと電極間の接続強度が低下する。弾性率が数ＧＰａ〜数百ＭＰａの接着材がダンパのように作用し、超音波を十分に伝達できていないことも、接続強度低下の要因のひとつと推測されている。
【０００５】
上述の課題を解決する手段として、例えば、ワイヤーボンディング接続による接続強度不足を補うために、ワイヤーボンディング電極パッドの厚さを厚くする方法や接着材の改良（弾性率増加）等の対策がとられている（例えば、特許文献１等参照。）。
【０００６】
しかし、上記ワイヤーボンディング電極パッドは主としてスパッタ法や電解めっき法により形成されることから、厚膜化することでコスト上昇やプロセスの複雑化にもつながる。また、接着材の改良も開発コストや時間の増加を避けられない。そのため、ワイヤとワイヤーボンディング電極パッドの接続強度を十分に確保できるフレキシブル多層配線板が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３１８５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、半導体素子をワイヤを用いてワイヤーボンディング電極パッドに圧着させる際に、接続強度を十分に確保できるフレキシブル多層配線板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層と、接着剤層上に配置された、第２主面と接する第３主面及び第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層とを有する基材を複数有し、接着剤層と絶縁性基材層とが交互に積層されたフレキシブル多層配線板であって、最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドが設けられ、最外郭基材の接着剤層中に接着剤層よりも弾性率が高いビア層が埋設されていることを特徴とするフレキシブル多層配線板を要旨とする。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層と、接着剤層上に配置された、第２主面と接する第３主面及び第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層とを有する基材を複数有し、接着剤層と絶縁性基材層とが交互に積層されたフレキシブル半導体装置であって、最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドが設けられ、最外郭基材の接着剤層中にワイヤーボンディング電極パッドよりも弾性率が高いビア層が埋設され、最外郭基材の第４主面の一部に半導体素子が配置され、半導体素子とワイヤーボンディング電極パッドがワイヤにより電気的に接続されていることを特徴とするフレキシブル半導体装置を要旨とする。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層上に、第３主面及び第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層を配置して複数の基材を製造する工程と、基材の少なくとも１つに、ワイヤーボンディング電極パッドが形成される真下に当たる部分に孔を設け、孔にワイヤーボンディング電極パッドよりも弾性率が高い材料を充填してビア層を形成する工程と、接着剤層と絶縁性基材層とが交互になるように複数の基材を積層させて仮基板を製造する工程と、ビア層の上部に当たる最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドを設ける工程とを有する多層配線板の製造方法を要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体素子をワイヤを用いてワイヤーボンディング電極パッドに圧着させる際に、接続強度を十分に確保できるフレキシブル多層配線板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の断面図である。
【図２】実施形態に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の一部切り欠き上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図３】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その１）である。
【図４】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その２）である。
【図５】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その３）である。
【図６】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その４）である。
【図７】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その５）である。
【図８】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その６）である。
【図９】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その７）である。
【図１０】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その８）である。
【図１１】実施形態に係るフレキシブル多層配線板の製造工程図（その９）である。
【図１２】有限要素法解析法による多層配線板の表面沈み込み解析結果を示す。
【図１３】実施形態の変形例１に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図１４】実施形態の変形例２に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の断面図である。
【図１５】実施形態の変形例３に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の断面図である。
【図１６】実施形態の変形例４に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図１７】実施形態の変形例５に係るフレキシブル多層配線板を用いたフレキシブル半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。尚、図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
［フレキシブル多層配線板］
図１に示すように、第１の実施形態にかかるフレキシブル多層配線板３０は、第１主面Ｍ１及び第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を備える接着剤層１Ａと、接着剤層１Ａ上に配置された、第２主面Ｍ２と接する第３主面Ｍ３及び第３主面Ｍ３に対向する第４主面Ｍ４を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層２Ａとを有する基材１０Ａを有する。フレキシブル多層配線板３０は、基材１０Ａと同様の構成を備える基材１０Ｂ，１０Ｃと、最外郭基材１０Ｄをさらに有する。複数の基材１０Ａ…１０Ｃ及び最外郭基材１０Ｄは、基礎基板３００上に、接着剤層１Ａ、絶縁性基材層２Ａ、…接着剤層１Ｄ、絶縁性基材層２Ｄという具合に、接着剤層１Ａ…１Ｄと絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとが交互に積層されている。最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４の一部にはワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂが設けられている。最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中には、接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。ここでは、最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４から最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１に至る貫通孔が設けられ、貫通孔にビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に、接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂを埋設することで、沈み込みが防止される。また接着剤層１Ｄにより決定される沈み込み量を減少できるために、基板表面のたわみが抑制される。
【００１６】
基材１０Ａの第１主面Ｍ１上には配線１２Ａが形成され、基材１０Ｂ，１０Ｃ，最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１においてもそれぞれ配線１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄが形成されている。配線１２Ａと配線１２Ｂは基材１０Ａの第１主面Ｍ１から第４主面Ｍ４の貫通孔に埋設された配線ビア１５Ａ１、１５Ａ２、１５Ａ３、１５Ａ４を介して電気的に接続されている。同様にして配線１２Ｂと配線１２Ｃは、配線ビア１５Ｂ１、１５Ｂ２、１５Ｂ３を介して電気的に接続され、配線１２Ｃと配線１２Ｄは、配線ビア１５Ｃ１、１５Ｃ２、１５Ｃ３を介して電気的に接続され、配線１２Ｄと電極パッド５Ａ，５Ｂは、配線ビア１５Ｄ１、１５Ｄ２を介して電気的に接続されている。
【００１７】
ビア層９Ａ，９Ｂの材質としては、接着剤層１Ｄよりも弾性率の高い材料が好ましい。沈み込みを効果的に防止してくれるからである。また弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂを用いることで、超音波の振動伝達効率が上昇するからである。ビア層９Ａ，９Ｂとしては、接着剤層１Ａ…１Ｄよりも１桁以上弾性率が高い材料が好ましく、２桁以上弾性率が高い材料がより好ましい。なお、ビア層９Ａ，９Ｂは、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に配置されるのであれば特に制限はないが、より沈み込み防止効果が期待できるので、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの真下に配置することが好ましい。
【００１８】
ビア層９Ａ，９Ｂとしては、例えば、金属材料もしくは無機材料を用いることができる。金属材料としては、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）や、Ａｇペースト等の導電ペーストを用いることができる。無機材料としては、焼結セラミック、無機フィラー入り樹脂、無機フィラー入り焼結ペースト等を用いることができる。
【００１９】
ビア層９Ａ，９Ｂは、電気的に接続される配線であっても、電気的に接続されないダミー配線であっても構わない。ビア層９Ａ，９Ｂは、配線１２Ａ…１２Ｄや、配線ビア１５Ａ１…１５Ｄ２と同一素材であっても構わない。生産工程の簡略化が図れるという観点からは、ビア層９Ａ，９Ｂと、配線１２Ａ…１２Ｄ、配線ビア１５Ａ１…１５Ｄ２と同一素材とすることが好ましい。ビア層９Ａ，９Ｂの形状は特に制限されないが、後に図２（ａ）を用いて説明するように円柱状のものを用いることができる。
【００２０】
絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとしては、低弾性率素材で形成された基材を用いることができる。具体的には全芳香族ポリイミド（ＡＰＩ）等によるポリイミドフィルムやポリエステルフィルム等の可撓性を有する樹脂フィルムを用いることができる。なかでもポリイミドフィルムを用いることが好ましい。可撓性があり曲げられるからである。またガラスエポキシ樹脂よりも誘電率が低く、高速伝送特性が高いからである。なお、ポリイミドフィルム以外にも、エポキシ系、イミド系のプリプレグなどを絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとして使用することも可能である。
【００２１】
接着剤層１Ａ…１Ｄは、接着剤の塗布以外に、熱可塑性ポリイミド、もしくは熱可塑性ポリイミドに熱硬化機能を付与したフィルムの貼り付けにより形成することができる。
【００２２】
［フレキシブル半導体装置］
上述の通り、フレキシブル多層配線板３０は、沈み込みが防止される。かかる特性を生かす用途としては、図２（ａ）に示すような、半導体素子２０Ａと、半導体素子２０Ａの周囲に配置されたワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂがワイヤ３Ａ，３Ｂにより電気的に接続されたフレキシブル半導体装置３１が挙げられる。図２（ｂ）に示すように、フレキシブル半導体装置３１は、第１主面Ｍ１及び第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を備える接着剤層１Ａ…１Ｄと、接着剤層１Ａ…１Ｄ上に配置された、第２主面Ｍ２と接する第３主面Ｍ３及び第３主面Ｍ３に対向する第４主面Ｍ４を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとを有する基材を複数有する。接着剤層１Ａ…１Ｄと絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとが交互に、複数の基材１０Ａ…１０Ｃと最外郭基材１０Ｄが、積層されている。フレキシブル半導体装置３１の最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４の一部にはワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂが設けられている。図２（ａ）の一部切り欠きの上面図に示すように、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。ここではビア層９Ａ，９Ｂは円柱状の形状をしている。最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４の一部には半導体素子２０Ａが配置され、半導体素子２０Ａとワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂがワイヤ３Ａ，３Ｂにより電気的に接続されている。ワイヤ３Ａ，３Ｂをワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂに熱圧着させても、フレキシブル半導体装置３１においては、沈み込みが防止されるので、ワイヤ３Ａ，３Ｂとワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの接続強度が確保される。また最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４から最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１に至る貫通孔が設けられ、貫通孔にビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。そのため、ビア層９Ａ、９Ｂを配線ビアとして、使用してワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂとビア層９Ａ、９Ｂを電気的に接続させることで、半導体素子２０Ａからの信号を最短距離で基材１０Ｃに送ることができる（この逆の経路も同様）。そのため、配線抵抗を最小にでき、信号伝送速度が速くなる。また、従来、ＬＶＨ構造においては、ＬＶＨ直上にボンディングすることが困難であり、ワイヤーボンディング電極パッドを引き回す必要があったが、これにより、ワイヤーボンディング電極パッドを引き回す必要が無くなる。
【００２３】
［フレキシブル多層配線板の製造方法］
以下に、フレキシブル多層配線板３０（フレキシブル半導体装置３１）の製造方法について説明する。
【００２４】
（イ）図３に示すように、第３主面Ｍ３及び第３主面Ｍ３に対向する第４主面Ｍ４を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層１０２Ａを用意する。ここではポリイミドで形成されたものを用意する。第４主面Ｍ４上には、例えば銅からなる導電材料１１２Ａを付しておく。
【００２５】
（ロ）図４に示すように、絶縁性基材層１０２Ａ上に、第１主面Ｍ１及び第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を備える接着剤層１０１Ａを配置する。ここでは、第３主面Ｍ３に接する面が第２主面Ｍ２となる。図５に示すように導電材料１１２Ａ上に所望のパターンの開口部（図示せず）を備えるマスク２００を配置する。接着剤層１０１Ａの第１主面Ｍ１上に所望のパターンの開口部（図示せず）を備えるマスク２０１を配置する。
【００２６】
（ハ）エッチングにより図６に示すように配線１２Ａを形成する。レーザビーム照射により図７に示すように孔１５Ａｈ１、１５Ａｈ２、１５Ａｈ３、１５Ａｈ４を形成する。レーザビーム照射の他にも、エッチングや、レーザビーム照射とエッチングとの組み合わせによっても孔１５Ａｈ１…１５Ａｈ４を形成してもよい。図８に示すように、スキージＳを用いたスキージ印刷法等により孔１５Ａｈ１…１５Ａｈ４に金属からなる導電ペーストを埋め込んで配線ビア１５Ａ１…１５Ａ４を形成して基材１０Ａを製造する。なお、スキージ印刷法の他に、ビア層の形成方法としては、電解めっき法、無電解めっき法、スクリーン印刷、スパッタ法等を用いてもよい。
【００２７】
（ニ）上述の（イ）〜（ハ）工程を繰り返して、基材１０Ｂ、１０Ｃ、最外郭基材１０Ｄを形成する。基材１０Ａ…１０Ｃ、最外郭基材１０Ｄの少なくとも１つに、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂが形成される真下に当たる部分に孔を設ける。ここでは、図７と同様にして最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４から最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１に至る孔を設ける。そして、図８と同様にして孔に接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂを埋設してビア層９Ａ，９Ｂを形成する。接着剤層１Ａ…１Ｄと絶縁性基材層２Ａ…２Ｄとが交互になるように、複数の基材１０Ａ…１０Ｃ、最外郭基材１０Ｄを積層させて図９に示すような仮基板１３０を得る。なお、ビア層９Ａ，９Ｂは配線ビア１５Ｄ１、１５Ｄ２の作製よりも前（先）に作製しても良い。
【００２８】
（ホ）図１０に示すように、最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４に導電性材料１１４を設ける。その後、図１１に示すように、導電性材料１１４上にマスク２０２を配置する。マスク２０２はワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂが形成される部分に開口部（図示せず）を備える。そしてエッチングにより、ビア層９Ａ，９Ｂの上部に当たる最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４の一部にワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂを設ける。以上により図１に示す、フレキシブル多層配線板３０が製造される。
【００２９】
（ヘ）さらに、最外郭基材１０Ｄの第４主面Ｍ４に半導体素子２０Ａを配置し、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂと半導体素子２０Ａをワイヤ３Ａ，３Ｂを用いて電気的に接続することにより、図２に示すようなフレキシブル半導体装置３１が製造される。
【００３０】
第１の実施形態によれば、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に、接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂを形成することで、沈み込みが防止される。また、沈み込みが防止されるだけでなく、相対的にビア層９Ａ，９Ｂ直上のワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂのたわみを抑制してくれるので、ボンディング荷重面の平坦性が向上する。ビア層９Ａ、９Ｂを用いることで、超音波の振動伝達効率が上昇する。さらに、スクリーン印刷、電解めっき法等の既存技術で対応可能であり、配線ビア１５Ｄ１，１５Ｄ２とビア層９Ａ、９Ｂを同時に形成可能できることから、工程数の増加、生産コストを抑えることができる。
【００３１】
［第２の実施形態］
［フレキシブル半導体装置］
以下に第１の実施形態との相違点を中心に、フレキシブル半導体装置３１の説明を通して第２の実施形態について説明する。なお、フレキシブル半導体装置３１の説明を行うことで、第２の実施形態に係る配線基板の説明を行うことにもなる。
【００３２】
第１の実施形態においては、ワイヤーボンディング時のワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの沈み込みを防止することにより、フレキシブル半導体装置３１のワイヤ３Ａ，３Ｂとワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの接続強度を確保した。しかし、その他にもフレキシブル多層配線板３０の有する基板表面のたわみ抑制効果によっても、ワイヤ３Ａ，３Ｂとワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの接続強度を確保することができる。
【００３３】
第１の実施形態においては、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に接着剤層１Ｄよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されていた。第２の実施形態においては、最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中にワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂよりも弾性率が高いビア層９Ａ，９Ｂが埋設されている。このように構成することで、基板表面のたわみを抑制することができる。ビア層９Ａ，９Ｂが最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に配置されるのであれば特に制限はないが、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの真下に配置することが好ましい。
【００３４】
ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂとしては、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。銀の弾性率は８０ＧＰａ程度である。よって、ワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂとして銀を用いたときは、ビア層９Ａ，９Ｂとしては弾性率が８０ＧＰａよりも大きいものを用いることが好ましい。
【００３５】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１、第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３６】
例えば、第１、第２の実施形態においては、ビア層９Ａ、９Ｂは金属材料で形成した。しかし、金属材料に限定されることなく、ビア層９Ａ、９Ｂを無機材料で形成されたものに置き換えても構わない。例えば、図２（ｂ）のように基板１０Ｃとビア層９Ａ、９Ｂとを電気的に接続すると、基材１０Ｃの絶縁性基材層２Ｃ上に配線を形成できない等の不都合が生じる場合に有効である。
【００３７】
また第１、第２の実施形態のそれぞれにおいて、ビア層９Ａ，９Ｂは最外郭基材１０Ｄの接着剤層１Ｄ中に埋設され、所定の弾性率を有するのであれば形状は特に制限されない。例えば、図２（ａ）ではビア層９Ａ，９Ｂは円柱状としたが、図１３（ａ）の上面図に示すように、ドーナツ状のビア層１９Ａ，１９Ｂを用いたフレキシブル半導体装置３２としてもよい。なお、ビア層９Ａ，９Ｂ、１９Ａ，１９Ｂはワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂの径より大きくてもよい。また、図１４に示すように、最外郭基材１０Ｄの第２主面Ｍ２から最外郭基材１０Ｄの第１主面Ｍ１に至る貫通孔を設け、貫通孔にビア層２９Ａ，２９Ｂを埋設したフレキシブル半導体装置３３としてもよい。例えば、図２（ｂ）に示すように基材１０Ｃとビア層９Ａ、９Ｂとを電気的に接続したくない場合、無機材料を用いることなく、配線ビア１５Ｄ１，１５Ｄ２と同一の金属材料からなるビア層２９Ａ、２９Ｂを用いることができるので、材料の管理が容易になる等で有利である。またワイヤーボンディング電極パッド４Ａ径が小さく、レーザー加工技術の精度の問題等でワイヤーボンディング電極パッド４Ａ径よりも小さい径を備えるビア層を設けることができず絶縁性基材層２Ｄを貫通することが困難な場合であっても、図１４の構成であれば、課題を解消できるからである。
【００３８】
また図１６（ａ）の上面図に示すように、ビア層はワイヤーボンディング電極パッド４Ａ，４Ｂのそれぞれの下方に、図１のビア層９Ａ，９Ｂよりも小径のビア層を１層の基材中に複数配置したフレキシブル半導体装置３５としてもよい。基材間の線膨張係数差による熱応力を緩和できるという作用効果が得られるからである。
【００３９】
第１、第２の実施形態のそれぞれにおいて、さらに、図１７に示すように半導体素子２０Ａの真下に埋設半導体素子２０Ｂをさらに配置してもよい。半導体素子２０Ａ，埋設半導体素子２０Ｂ間の配線距離を短くすることで演算速度が向上するからである。
【００４０】
第１、第２の実施形態において、ビア層は１層に限られず、図１５に示すように、最外郭基材１０Ｄと接する基材１０Ｃにビア層３９Ａ、３９Ｂを設け、２層としたフレキシブル半導体装置３４としてもよい。ビア層を２層とすることで、沈み込みや、たわみを効果的に防止できるからである。
【００４１】
第１、第２の実施形態においては、図２（ｂ）に示すように基礎基板３００上に基材１０Ａ…１０Ｄを積層させることとした。しかし、接着剤層１Ａの図面下方に、基礎基板３００の代わりに、絶縁性基材層２Ｄと同様の構成を備える新たな絶縁性基材層を設け、配線基板３０の主両面に電極を形成する構成としても構わない。
【００４２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００４３】
三次元解析モデルを用いて弾性解析を行った。図１２に、有限要素法解析法（アンシス社製、商品名「アンシス（ANSYS）11.0」の汎用プログラム）による多層配線板の表面の沈み込み解析結果を示す。
【００４４】
本解析では、絶縁性基材としてポリイミドを想定し、接着剤層としてエポキシ樹脂系接着剤を想定した。（１）実施例として、ワイヤーボンディング電極パッド直下に金属ビア層を形成した多層配線板、（２）比較例１としてワイヤーボンディング電極パッドの厚みを通常の２倍厚くした多層配線板、（３）比較例２として通常の多層配線板の３種類について解析した。
【００４５】
実施例では、ビア径を１００μｍとし、ビア層の弾性率を８０ＧＰａ（Ａｇの弾性率）とした。解析条件として、ボンディング加圧面積を４０μｍ２とし、２５０ＭＰａ（荷重４０ｇｆに相当）をワイヤーボンディング電極パッドに負荷した。また、評価条件として、多層配線基板表面の法線方向（垂直方向）の変位を用いた。
【００４６】
図１２から、ビア層をワイヤーボンディング電極パッド直下に形成することで、ワイヤーボンディング電極パッド直下にビア層を形成しない多層配線基板に比べて、多層配線基板表面の法線方向変位を１／３にまで低減できた。この結果から、平坦性を向上でき、ボンディング圧力の分布も抑制できることが確認できた。
【００４７】
また、ワイヤーボンディング電極パッドを２倍に厚くした多層配線基板と比べても、ワイヤーボンディング電極パッド直下にビア層を形成した多層配線基板では、多層配線基板表面の法線方向変位を５０％低減できることが確認できた。
【００４８】
以上より、実施例によれば、ワイヤーボンディング電極パッドの厚膜化よりもボンディング信頼性が向上した。また金属ビア層により、超音波の振動伝達効率も向上した。よって、ワイヤーボンディング電極パッドの厚膜化や接着材の高弾性率化よりもボンディング性能が向上するものと期待できる。
【００４９】
また、プロセス面において、ワイヤーボンディング電極パッド直下に形成するビア層は、Ｃｕめっき法、ペースト印刷、スパッタ法等により形成できる。いずれの方法であっても、通常の基板プロセスで対応でき、既存の配線ビア層と同時に形成可能であることから、コスト上昇や工程数増加につながらないというメリットがある。
【符号の説明】
【００５０】
３０…フレキシブル多層配線板、
３１…フレキシブル半導体装置、
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…基材、１０Ｄ…最外郭基材、
１Ａ…接着剤層、Ｍ１…第１主面、Ｍ２…第２主面
２Ａ…絶縁性基材、Ｍ３…第３主面、Ｍ４…第４主面
４Ａ，４Ｂ…ワイヤーボンディング電極パッド、
９Ａ，９Ｂ…ビア層、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層と、
前記接着剤層上に配置された、前記第２主面と接する第３主面及び前記第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層とを有する基材を複数有し、
前記接着剤層と前記絶縁性基材層とが交互に積層されたフレキシブル多層配線板であって、
最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドが設けられ、前記最外郭基材の前記接着剤層中に前記接着剤層よりも弾性率が高いビア層が埋設されていることを特徴とするフレキシブル多層配線板。
【請求項２】
前記ビア層が前記ワイヤーボンディング電極パッドの真下に埋設されていることを特徴とする請求項１記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項３】
前記最外郭基材の第４主面から前記最外郭基材の第１主面に至る貫通孔が設けれ、前記貫通孔にビア層が埋設されていることを特徴とする請求項２記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項４】
前記最外郭基材の第２主面から前記最外郭基材の第１主面に至る貫通孔が設けれ、前記貫通孔にビア層が埋設されていることを特徴とする請求項２記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項５】
前記ビア層が金属材料もしくは無機材料であることを特徴とする請求項１記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項６】
前記絶縁性基材が、ポリイミドで形成されたことを特徴とする請求項１記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項７】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層と、
前記接着剤層上に配置された、前記第２主面と接する第３主面及び前記第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層とを有する基材を複数有し、
前記接着剤層と前記絶縁性基材層とが交互に積層されたフレキシブル半導体装置であって、
最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドが設けられ、前記最外郭基材の前記接着剤層中に前記ワイヤーボンディング電極パッドよりも弾性率が高いビア層が埋設され、
前記最外郭基材の第４主面の一部に半導体素子が配置され、前記半導体素子と前記ワイヤーボンディング電極パッドがワイヤにより電気的に接続されていることを特徴とするフレキシブル半導体装置。
【請求項８】
前記フレキシブル半導体装置内に埋設半導体素子が埋設され、前記最外郭基材の第４主面から前記埋設半導体素子の表面に至る貫通孔が設けられ、前記貫通孔にビア層が埋設され、前記ワイヤーボンディング電極パッドと前記埋設半導体素子が電気的に接続されていることを特徴とする請求項７記載のフレキシブル半導体装置。
【請求項９】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層上に、第３主面及び前記第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層を配置して複数の基材を製造する工程と、
前記基材の少なくとも１つに、ワイヤーボンディング電極パッドが形成される真下に当たる部分に孔を設け、前記孔に前記ワイヤーボンディング電極パッドよりも弾性率が高い材料を充填してビア層を形成する工程と、
前記接着剤層と前記絶縁性基材層とが交互になるように前記複数の基材を積層させて仮基板を製造する工程と、
前記ビア層の上部に当たる最外郭基材の第４主面の一部に前記ワイヤーボンディング電極パッドを設ける工程
とを有することを特徴とするフレキシブル多層配線板の製造方法。
【請求項１】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層と、
前記接着剤層上に配置された、前記第２主面と接する第３主面及び前記第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層とを有する基材を複数有し、
前記接着剤層と前記絶縁性基材層とが交互に積層されたフレキシブル多層配線板であって、
最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドが設けられ、前記最外郭基材の前記接着剤層中に前記接着剤層よりも弾性率が高いビア層が埋設されていることを特徴とするフレキシブル多層配線板。
【請求項２】
前記ビア層が前記ワイヤーボンディング電極パッドの真下に埋設されていることを特徴とする請求項１記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項３】
前記最外郭基材の第４主面から前記最外郭基材の第１主面に至る貫通孔が設けれ、前記貫通孔にビア層が埋設されていることを特徴とする請求項２記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項４】
前記最外郭基材の第２主面から前記最外郭基材の第１主面に至る貫通孔が設けれ、前記貫通孔にビア層が埋設されていることを特徴とする請求項２記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項５】
前記ビア層が金属材料もしくは無機材料であることを特徴とする請求項１記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項６】
前記絶縁性基材が、ポリイミドで形成されたことを特徴とする請求項１記載のフレキシブル多層配線板。
【請求項７】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層と、
前記接着剤層上に配置された、前記第２主面と接する第３主面及び前記第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層とを有する基材を複数有し、
前記接着剤層と前記絶縁性基材層とが交互に積層されたフレキシブル半導体装置であって、
最外郭基材の第４主面の一部にワイヤーボンディング電極パッドが設けられ、前記最外郭基材の前記接着剤層中に前記ワイヤーボンディング電極パッドよりも弾性率が高いビア層が埋設され、
前記最外郭基材の第４主面の一部に半導体素子が配置され、前記半導体素子と前記ワイヤーボンディング電極パッドがワイヤにより電気的に接続されていることを特徴とするフレキシブル半導体装置。
【請求項８】
前記フレキシブル半導体装置内に埋設半導体素子が埋設され、前記最外郭基材の第４主面から前記埋設半導体素子の表面に至る貫通孔が設けられ、前記貫通孔にビア層が埋設され、前記ワイヤーボンディング電極パッドと前記埋設半導体素子が電気的に接続されていることを特徴とする請求項７記載のフレキシブル半導体装置。
【請求項９】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を備える接着剤層上に、第３主面及び前記第３主面に対向する第４主面を備える低弾性率素材で形成された絶縁性基材層を配置して複数の基材を製造する工程と、
前記基材の少なくとも１つに、ワイヤーボンディング電極パッドが形成される真下に当たる部分に孔を設け、前記孔に前記ワイヤーボンディング電極パッドよりも弾性率が高い材料を充填してビア層を形成する工程と、
前記接着剤層と前記絶縁性基材層とが交互になるように前記複数の基材を積層させて仮基板を製造する工程と、
前記ビア層の上部に当たる最外郭基材の第４主面の一部に前記ワイヤーボンディング電極パッドを設ける工程
とを有することを特徴とするフレキシブル多層配線板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−９５６０（Ｐ２０１２−９５６０Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４２９６４（Ｐ２０１０−１４２９６４）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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