JP2007227452A - フレキシブル配線基板及びそのはんだ接合方法並びにこれを用いた光送信パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】腐食性のガスを発生することなく、電極間をはんだ接合できるフレキシブル配線基板及びそのはんだ接合方法並びにこれを用いた光送受信パッケージを得る。
【解決手段】フレキシブル配線基板１は、可とう性のある耐熱絶縁フィルム２上に直に形成された導体３と、この導体３上をニッケルの酸化膜などのはんだに濡れにくい膜４１で覆うことによって構成される配線と、さらに配線の表面を金などのはんだに濡れやすい膜５１で覆うことによって形成した電極５とにより構成される。
【選択図】図２

Description

この発明は、電子部品の電極間を接続するフレキシブル配線基板と、そのフレキシブル配線基板を電極にはんだ接合するフレキシブル配線基板のはんだ接合方法と、フレキシブル配線基板を用いて発光素子と電極とを接続した光送信パッケージに関するものである。

複数の電子部品間を立体的に配置し、それらを電気的に接続する方法として、可とう性に優れたフレキシブル配線基板を用いて接続する方法がよく用いられる。
フレキシブル配線基板を用いて、電子部品間を接続する方法として、エポキシ樹脂接着剤中に導電性粒子を含有した異方性導電接着フィルムを用いる方法と、はんだを用いる方法とが通常用いられる。
異方性導電接着フィルムを用いる方法は、エポキシ樹脂の接着力で電極と導電粒子が接触することによって電気的接続を得るため、接続の信頼性が低い。それに対し、はんだを用いる方法は、はんだにて電極間を金属接合するので、接続信頼性が高く、接続抵抗も小さい。
はんだで接合する場合、あらかじめ電子部品の電極上またはフレキシブル配線基板の電極上にはんだを形成しておき、電極同士の位置合わせを行った後、フレキシブル配線基板の電極を加熱ツールによって押し当てることによって、はんだを溶融させて、はんだ接合を実現する。はんだを溶融させた時に、はんだが配線に沿って流れ出ないように、配線部分がソルダーレジストと呼ばれる樹脂または接着剤で貼ったポリイミドフィルムで覆われている。
したがって、従来のフレキシブル配線基板の構造は、ポリイミドフィルム上に導体が形成され、導体は信号を伝送するための配線と接合用の電極になり、接合に供する電極を除く配線領域上にはソルダーレジストまたはポリイミドフィルムが接着剤で貼り付けられている。（特許文献１参照）

特開２００２−１９８６４３号公報（第４〜７頁、図１）

ところで、パッケージ内の電極間の接続にフレキシブル配線基板を用いる場合、電極からフレキシブル配線基板の配線へのはんだの流れ防止に用いるソルダーレジスト及びポリイミドフィルムを貼り付けた接着剤から、高温時に腐食性のガスが発生することがある。
具体的には、樹脂の硬化に用いたアミン基が水分と結合してアンモニアガスになる。または樹脂中のハロゲンがガス化して腐食要因になる。
ガスが発生すると、他の半導体素子または電子部品または接合部が腐食され、パッケージの信頼性が低下する問題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、腐食性のガスを発生することなく、電極間をはんだ接合できるフレキシブル配線基板及びそのはんだ接合方法並びにこれを用いた光送受信パッケージを得ることを目的にしている。

この発明に係わるフレキシブル配線基板においては、耐熱絶縁フィルム上に形成された導体は、接合に用いられる電極と電極間を接続する配線からなり、配線上には、はんだに濡れない膜が形成されると共に、電極上には、はんだに濡れる膜が形成されているものである。

この発明は、以上説明したように、耐熱絶縁フィルム上に形成された導体は、接合に用いられる電極と電極間を接続する配線からなり、配線上には、はんだに濡れない膜が形成されると共に、電極上には、はんだに濡れる膜が形成されているので、はんだ接合時に溶融したはんだが配線に流れ出すことがなく、電気的特性が向上すると共に、はんだが配線に流れ出すのを防ぐためのソルダーレジストや耐熱温度の低い接着剤を用いる必要がなく、このため腐食性のガスの発生もない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるフレキシブル配線基板を示す斜視図である。
図１において、フレキシブル配線基板１は、耐熱絶縁フィルム２上に直に形成された導体３と、この導体３上をはんだに濡れにくい膜で覆うことによって構成される配線４と、さらに配線４の表面をはんだに濡れやすい膜で覆うことによって形成した電極５（基板側電極）とにより構成される。

図２は、この発明の実施の形態１によるフレキシブル配線基板を示す断面図であり、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ断面図である。
図２において、１、２、３は図１におけるものと同一のものである。導体３上をはんだに濡れにくい膜４１で覆い、配線４の表面をはんだに濡れやすい膜５１で覆い、電極としている。

次に、動作について説明する。
導体３は、耐熱絶縁フィルム２上に直に形成される。この形成方法は、耐熱絶縁フィルム２上にスパッタ、蒸着またはめっきなどの方法で形成し、写真製版でパターニングする方法と、金属膜上に耐熱絶縁膜を形成した後で、写真製版によって金属膜をパターニングする方法とがある。
ここで、耐熱絶縁フィルム２の材料としては、可とう性があって、２００°Ｃ以上の耐熱性を有する樹脂フィルムが用いられ、例えば、ポリイミド、液晶ポリマーなどがある。導体３としては、熱伝導がよく、電気抵抗が小さい材料がよく、例えば銅がよい。

配線４は、導体３上をはんだに濡れにくい膜４１で覆うことによって構成される。このはんだに濡れにくい膜４１の材料としては、クロム、アルミニューム、モリブデンなどの金属でもよいが、金属の酸化膜が簡便で安価である。ここでは、ニッケルの酸化膜を用いた。ニッケルの酸化膜は、はんだに濡れにくいだけでなく耐食性もある。具体的には、導体３上にニッケルをめっきで、数μｍ形成し、空気中で酸化させる方法を用いた。

電極５の表面は、はんだに濡れやすい膜５１で覆われる。はんだに濡れやすい膜５１の材料としては金がある。具体的には、導体３上にニッケルめっきを全面に施した後、配線部分をレジストで覆い、電極部分を露出した後、金めっきを施し、レジストを剥離することによって形成した。したがって、電極５のはんだに濡れやすい膜５１は、ニッケル上に金めっきで形成される。
なお、はんだへの濡れ性は、電極の表面と、溶融させたはんだの液滴とのなす角度（接触角）で表される。濡れがよいものは、はんだがよく広がり、接触角が鋭角となる。逆に、はんだに濡れにくいと、はんだが広がらず、球になろうとするため、接触角は鈍角となる。

また、図１と図２では、耐熱絶縁フィルム２の両面に導体３を形成した場合を示したが、導体３は耐熱絶縁フィルム２の片面に形成したものであってもよい。
また、耐熱絶縁フィルム２の表裏の電極５および配線４に、耐熱絶縁フィルム２を貫通して互いに接続するスルーホールを設けてもよい。

実施の形態１によれば、フレキシブル配線基板の材料にソルダーレジストや耐熱温度の低い接着剤を用いないため、１５０°Ｃ以上の高温で腐食性のガスの発生がなくなり、電子機器の信頼性を劣化させない。
また、接合に供する電極表面がはんだにぬれやすい（接触角が鋭角）材料で構成され、電極以外の配線の表面がはんだに濡れない（接触角が鈍角）材料で構成されているため、電極部のはんだ接合時に溶融したはんだが配線方向に流れず、このため、配線の導体厚を一定に保つことができ、インピーダンスに変化なく電気特性の劣化がなくなる効果がある。

実施の形態２.
図３は、この発明の実施の形態２によるはんだ接続方法を示す断面図である。
図３において、２〜５は、図１におけるものと同一のものであり、４、５には、実施の形態１と同様の膜が形成されている。図３では、電子部品６の電極６１と、フレキシブル配線基板１の電極５とが、はんだ７によって接合される。
ここで、フレキシブル配線基板の配線４の長さＡは、電子部品６の電極６１間の長さＢより小さいものとする。また、はんだ７と電極６１の表面との接触角αは、鈍角を形成する。

次に、動作について説明する。
電子部品６の電極６１とフレキシブル配線基板１の電極５とが、はんだ７で接合される。二つの電子部品６の電極６１間の長さＢは、フレキシブル配線基板１の配線４の長さよりも長くしてある。これにより、はんだ７と電極６１の表面との接触角αは、鈍角を形成し、応力集中を起こさないので、はんだにクラックが入らなくなり、接合信頼性を向上することができる。因みに、接触角αが鋭角のときは、はんだにクラックが入りやすい。

実施の形態２によれば、電子部品の電極間の長さがフレキシブル配線基板の配線の長さよりも長いため、接合信頼性を向上させることができる効果がある。

実施の形態３.
図４は、この発明の実施の形態３によるはんだ接続方法を示す断面図である。
図４において、２、５、６、６１は図３におけるものと同一のものである。フレキシブル配線基板は、実施の形態１と同様に形成されている。図４の加熱ツール８は、コア材８１を、はんだに濡れにくい膜８２で覆うことによって形成されている。耐熱絶縁フィルム２に設けられたスルーホール３１によって、表裏の電極５が接続されている。

次に、動作について説明する。
図４は、電子部品６の電極６１と、フレキシブル配線基板１の電極５とを、はんだで接合する状態を示している。あらかじめ、電子部品６の電極６１上または電極５にはんだバンプを形成しておき、電極同士の位置合わせ後、加熱ツール８を電極５に押し当てて、はんだ７を溶融させてはんだ接合を行う。
この場合、加熱ツール８が、はんだに濡れる材料で覆われていると、フレキシブル配線基板１のスルーホール３１を経由して這い上がってきたはんだが、加熱ツール８に沿って流れるため、隣接する電極間で短絡が生じる。これに対し、実施の形態３のように、加熱ツール８が、はんだに濡れない膜８２で覆われているものでは、はんだの流れが抑えられ、隣接する電極間での短絡が生じない。
加熱ツール８は、はんだを溶融させることが必要なため、熱伝導がよく剛性が必要であり、また、はんだに濡れないことが必要なため、コア材料８１に銅を用い、表面のはんだに濡れない膜８２として、クロムめっきを用いた。

実施の形態３によれば、フレキシブル配線基板の電極と電子部品の電極とのはんだ接合時に、熱伝導のよい金属表面にはんだに濡れにくい金属膜が形成された加熱ツールを用いるため、電極への熱流入量を劣化させることなく、加熱ツールにはんだが付着せず、隣接する電極間でのはんだの短絡と接合不良を発生させることなく、はんだ接合が実現できる効果がある。

実施の形態４.
図５は、この発明の実施の形態４による光送信パッケージを示す平面図である。
図５において、１、４、５は図１におけるものと同一のものであり、４、５には、実施の形態１と同様の膜が形成されている。パッケージ９は、フレキシブル配線基板１と、外部との接続端子である外部端子９１と、外部端子９１と接続された電極９２と、発光素子９３と、発光素子９３をダイボンディングした支持ブロック９４と、フレキシブル配線基板１の電極５と発光素子９３の電極を接続するワイヤ９５を有し、フレキシブル配線基板１を介して電極９２と発光素子９３が接続されている。

次に、動作について説明する。
光送信パッケージは、パッケージ９内に、接地電位の支持ブロック９４が形成され、その上に発光素子９３がダイボンディングされている。フレキシブル配線基板１の電極５は、電極９２と支持ブロック９４にはんだで接合され、さらに支持ブロック９４にはんだ接合された電極５と耐熱絶縁フィルムを介して反対側のフレキシブル配線基板１の電極５から、発光素子９３の電極にワイヤ９５にて接続される。
このように、外部端子９１に接続された電極９２と発光素子９３との接続に、フレキシブル配線基板１を用いることにより、腐食性のガスの発生がなく、また、上述のように配線のインピーダンスの制御が容易なため、高性能で信頼性の高い光送信パッケージを実現することができる。

実施の形態４によれば、外部端子に接続された電極と発光素子との接続にフレキシブル配線基板を用いることにより、インピーダンスの整合がとれた信号を伝送でき、電気特性のよい光送受信パッケージを得ることができる。

この発明の実施の形態１によるフレキシブル配線基板を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１によるフレキシブル配線基板を示す断面図である。 この発明の実施の形態２によるはんだ接続方法を示す断面図である。 この発明の実施の形態３によるはんだ接続方法を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による光送信パッケージを示す平面図である。

符号の説明

１ フレキシブル配線基板、２ 耐熱絶縁フィルム、３ 導体、
３１ 表裏の導体を接続するスルーホール、４ 配線、
４１ はんだに濡れにくい膜、５ 電極、５１ はんだに濡れ易い膜、
６ 電子部品、６１ 電子部品の電極、７ はんだ、８ 加熱ツール、
８１ コア材、８２ はんだに濡れにくい膜、９ パッケージ、
９１ 外部端子、９２ 外部端子と接続された電極、９３ 発光素子、
９４ 支持ブロック、９５ ワイヤ。

Claims (4)

1. 耐熱絶縁フィルム上に形成された導体は、接合に用いられる電極と電極間を接続する配線からなり、上記配線上には、はんだに濡れない膜が形成されると共に、上記電極上には、はんだに濡れる膜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。
2. 電子部品内の電極間をフレキシブル配線基板にて接続する方法において、上記電子部品の電極間の距離よりも短い配線長のフレキシブル配線基板を用いて、上記電子部品の電極とフレキシブル配線基板の電極とをはんだで接合することを特徴とするフレキシブル配線基板のはんだ接合方法。
3. 電極及びこの電極に接続された配線を有し、上記配線上には、はんだに濡れない膜が形成されると共に、上記電極上には、はんだに濡れる膜が形成されたフレキシブル配線基板と、上記電極に対応する電極を有する電子部品とを、上記電極及び電子部品の電極がはんだを介して対向するように配置した後、熱伝導の良好な材料上にはんだに濡れない膜が形成された加熱ツールにて、上記フレキシブル配線基板及び上記電子部品のいずれか一方から押圧して、上記はんだにより上記電極同士を接合することを特徴とするフレキシブル配線基板のはんだ接合方法。
4. 請求項１記載のフレキシブル配線基板、外部端子に接続され、上記フレキシブル配線基板の上記電極とはんだにより接合された電極、及びこの電極と上記フレキシブル配線基板を介して接続された発光素子を備えたことを特徴とする光送信パッケージ。

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