JP2007277619A - 電気泳動による粒子堆積方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本願発明は、基材上の導電性を有しない部分や、基材内の配置関係により通電を行うことが困難な部分であっても、電気泳動により基材上の開口部に粒子を堆積させることができる方法を提供する。
【解決手段】 本願発明は、基材１上に絶縁層７を被覆し、絶縁層７に粒子を堆積させるための開口部８を形成した後、該基材を粒子の分散している懸濁液に浸漬し、電圧を印加して電気泳動により粒子を開口部８に堆積させる粒子堆積方法において、電気泳動の際に給電を行う電極シード層６を、基材１と絶縁層７との間に形成することを特徴とする粒子堆積方法に関する。また、本願発明の電極シード層６は、基材１に形成した剥離層５上に形成することが好ましい。
【選択図】図３

Description

本願発明は、電気泳動を用いた粒子堆積方法に関し、特に、半導体パッケージや半導体ウェハ、プリント配線板等の電子部品における導電部の形成技術に関する。

携帯電話やデジタルカメラなどに代表されるように、電子機器の小型化や高機能化を実現するため、これらの部品である半導体ウェハや半導体パッケージ、プリント配線板等の小型化が進行している。これに伴い、上記したような電子部品に設けられる微細な導電部を、高精度に形成する技術の要求が高まっている。この導電部の形成方法としては、基材に絶縁層を被覆した後に、エッチング等により絶縁層に開口部を形成して、この開口部内に導電性を有する金属材料を充填する方法がある。この具体的な方法としては、スクリーン印刷法や、めっき法が一般に知られている。

スクリーン印刷法によって、導電ペースト等の金属材料を基材上の開口部に充填する場合、充填するペーストは、チクソ性の高い樹脂に金属粒子を添加したものを用いることが多い。従って、大きな導電部を形成させたい場合に、絶縁層を厚く被覆して開口部の深度を深くしたときには、開口部内へのペーストの充填が充分均一に行えない場合がある。また、めっき法を採用する場合、開口部の深さによってはめっき処理時間が長時間必要となり、効率的な製造を行うことができない場合がある。

特許文献１には、このような従来技術の問題を解消すべく、電気泳動を利用した粒子の堆積方法が提案されている。電気泳動による粒子堆積方法では、まず、基材上にレジスト等からなる絶縁層を被覆し、この絶縁層に粒子を堆積させるための開口部を形成する。その開口部を有する基板を、半田等の金属材料からなる粒子を含む懸濁液中に浸漬し、基板と対向するように電極を配置させる。そして、電圧を印加して電気泳動を行い、基板上の開口部内に粒子を堆積させる。粒子堆積後は、基板を懸濁液から取り出して乾燥させ、さらに加熱処理を行って開口部内の粒子を溶融させ、所定形状の導電部を形成することができる。この電気泳動による粒子堆積方法によれば、基材上の開口部に比較的短時間で均一に粒子を堆積させることができ、微細な導電部を高精度かつ効率的に形成することが可能となる。
米国特許出願公開第２００５／１０６３２９号明細書

上述したような電気泳動により粒子を堆積させる方法では、電圧を印加して開口部内に給電を行う必要がある。従って、基材自体が通電性を有していない場合には、電気泳動による粒子堆積を行うことができない。また、通電性を有する基材であっても、基材内の配置関係により通電を行うことが困難な部分に粒子を堆積させたい場合には、この電気泳動による粒子堆積方法を適用することができない。基材内の配置関係により通電を行うことが困難な部分とは、例えば、パッドやランドと呼ばれる導電部分を備えるプリント配線板等において、プリント配線板に形成された回路を利用して通電することが可能なものの、この通電可能な回路とは電気的に接続していない位置に配されたパッドやランドが該当する。

そこで、本願発明は、通電性が全く無い基材や、基材内の配置関係により通電を行うことが困難な部分にも、電気泳動によって粒子を堆積することができ、微細な導電部を高精度かつ効率的に形成する技術を提供する。

上記課題を解決するため、本願発明は、基材上に絶縁層を被覆し、絶縁層に粒子を堆積させるための開口部を形成した後、該基材を粒子の分散している懸濁液に浸漬し、電圧を印加して電気泳動により粒子を開口部に堆積させる粒子堆積方法において、電気泳動の際に給電を行う電極シード層を、基材と絶縁層との間に形成するものとした。

本願発明によれば、電気泳動を行う際に電極シード層が給電部分となり、通電性が全く無い基材や、基材内の配置関係により通電を行うことが困難な部分にも粒子を堆積させることが可能となる。また、基材上に形成された電極シード層は熱を伝導する役割も果たすため、粒子堆積後に粒子を溶融させる場合、基材全体を均一に加熱することができる。尚、本願発明における導電部とは、いわゆるパッドやランド、或いはバンプとよばれる接合部分の他、基板上に形成する回路部分等も含むものである。また、電極シード層は、アルミ、銅、銀、金等の導電性金属によって形成することができる。

ここで、電極シード層は、堆積させる粒子との相性を考慮した材質のものを選択することが好ましい。開口部に堆積した粒子を溶融させて導電部を形成する場合、粒子の溶融物が電極シード層に濡れやすい性質があると、所定の形状の導電部を形成することが難しくなるためである。具体的には、半田粒子を開口部に堆積させる場合には、溶融した半田が濡れにくいアルミ等を電極シード層に用いれば、導電部の形成不良を抑制することが可能となる。

また、本願発明の電極シード層は、基材に形成した剥離層の上に形成することが好ましい。基材上に剥離層を形成してから電極シード層を形成すれば、粒子を堆積させた後に電極シード層や絶縁層が不要となった場合、剥離層ごと基材から取り除くことができる。剥離層は、アクリル系やシリコン系等の粘着剤を基材に直接コーティング、スプレー等で形成でき、粘着加工されたテープ、フィルム等を基材に貼り付けることでも形成可能である。尚、粘着加工されたテープ、フィルム等を剥離層に使用する場合には、予め機械加工により開口部を形成したものを貼り付けることも可能である。

上記した本願発明の電極シード層は、金属箔からなることが好ましい。電極シード層を金属箔で形成する場合、後述するスパッタリングや無電解めっきのように、気体圧力や溶液の調整を行う手間を必要とせず、電極シード層を容易に形成することができるからである。また、使用する金属箔の厚みを任意に選択すれば、開口部への粒子の堆積量が容易に調整でき、所望の大きさの導電部を形成することが可能となる。この電極シード層の形成手段としては、剥離層上に金属箔を直接貼り付けて形成させても良く、あらかじめ剥離層としての粘着剤を塗布した金属箔を基材に直接貼り付けることもできる。この金属箔としては、アルミ箔、銅箔、銀、金等の使用が可能である。

尚、金属箔で形成する場合の電極シード層の厚みは、５〜８０μｍの範囲内であることが好ましい。厚みが５μｍ未満では、金属箔の取り扱いが困難で、電極シード層としても充分な給電が行えない場合があり、８０μｍを超えると開口部を形成する際のパターニング精度が低下する傾向となる。

上述したように、電極シード層は金属箔で形成することが好ましいが、大面積の基材に形成する場合や、製造工程を連続工法とする場合においては、スパッタリングや無電解めっきによる方法により電極シード層を形成してもよい。スパッタリング又は無電解めっきによって形成する電極シード層の厚みは、０．１〜１μｍであることが望ましい。厚み０．１μｍ未満では電極シード層として給電が充分行えない場合があり、１μｍを超えて形成しても電極シード層としての性能に問題はないが、実用的でないことがある。なお、本発明において、電極シード層は、スパッタリングや無電解めっき以外にも、真空蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ等によって形成することを妨げるものではなく、乾式方法のみならず湿式方法によることも可能である。

また、本願発明において、絶縁層と電極シード層には、粒子を堆積させるための開口部を段階的に形成することが好ましい。開口部の形成を段階的に行うことにより、精度の良いパターニングが可能となる。また、剥離層については、電極シード層に開口部を形成した後に開口部を形成するか、前述したように、予め機械加工により開口部を形成した剥離層を貼り付けて形成することも可能である。

ここで、本願発明において電極シード層の上に形成する絶縁層には、粘着加工されたフィルムやマスキングテープ等、又は、レジスト等を使用することができ、厚みは１００μｍ以下であることが望ましい。１００μｍより厚い場合は、開口部形成時のパターニング精度が低下してしまう傾向となる。本願発明では、この絶縁層の厚みと、電極シード層の厚みとを適宜調整できるので、所望の形状である導電部の形成が容易に行える。

また、粒子を堆積させる基材としては、半導体ウェハ、プリント配線板等に適用することができ、粒子は、金属材料である銅、金、銀、錫、これらの合金、又は半田、金属ろう材等以外にも、金属材料以外のセラミック、ガラスフリット等に適用することが可能である。

以上で説明したように、本願発明によれば、通電性が全く無い基材や、基材内の配置関係により通電を行うことが困難な部分にも、電気泳動により粒子を堆積させることが可能となる。そして、開口部を精度良くパターニングできるため、微細な導電部を高精度に効率良く形成することが可能となる。また、絶縁層や電極シード層の厚みを調整することで、比較的大きな導電部も容易に形成できる。さらに、粒子堆積後には、不要な電極シード層や絶縁層を簡単に取り除くことができる。

以下、本願発明の好ましい実施形態について説明する。

本実施例は、電極シード層としてアルミ箔を貼り付けた場合であって、基材上の開口部に目標粒径９５μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金のボール状導電部を形成するよう、粒子を堆積させる方法について説明する。図１は、実施例１に使用した基材の断面図を示したものであり、銅がパターニングされた下地基材１表面のＣｕが露出した部分に、Ｎｉ層２、Ａｕ層３の順で金属膜が被覆されている。そして、この金属膜上に開口部を設けるようにソルダレジスト４（日立化成工業株式会社製：ＳＲ−７００００）が２０μｍ被覆されたものである。この基材は導電性を有しているが、ソルダレジスト４の開口部については金属膜２、３が通電可能な回路と電気的に接続しておらず、開口部に給電を行うことができないものである。

そして、図２に示されるように、図１の基材上に電極シード層６となる、厚み５０μｍのアルミ箔（住友スリーエム株式会社製）に、剥離層５となる厚み４０μｍの粘着加工がされた、アルミ箔テープ（総厚９０μｍ）を貼り付け、その上に絶縁層７として厚み５０μｍのフィルムレジスト（デュポン株式会社製）を被覆させた。その後、レジスト７を露光機（株式会社オーク製作所、ＯＲＣ−ＨＭＷ−２０１Ｂ）により５ｋＷの光源ランプで露光し、１％炭酸ナトリウム水溶液を現像液としてスプレーすることにより現像した後、電極シード層６を塩化鉄でエッチングし、さらに剥離層５をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）により除去して、開口部８を形成させた（図３）。この開口部８は直径を１００μｍとし、１５０μｍ間隔で合計約１万個形成させた。そして、この基材と対向するように同面積のステンレス製電極を配置させ、基材との間隔を７ｍｍに設定した。

粒子堆積用の懸濁液は、界面活性剤を含有させて導電率５〜１５ＰＳ／ｃｍに調整したパラフィン系炭化水素溶液に、帯電コート処理を行ったＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金粒子（粒径５〜２５μｍ）を、濃度１２０ｇ／Ｌとなるように加えて調製した。この懸濁液中の粒子は沈降しやすいことがあるため、容器内で撹拌機により撹拌を行った後、粒子堆積処理中にも撹拌を行った。この撹拌処理により、開口部に対する粒子の堆積量を均一にし、充填効率を向上させることができる。

上記のように、懸濁液を撹拌した状態で、ＡＣ１２０Ｈｚ ４００Ｖの電圧を２０秒間印加した後、電圧印加を停止して約５秒間保持した後に、基材を懸濁液から取り出した。その後、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金粒子を含有していないパラフィン系炭化水素溶液により洗浄し、大気中６０℃で乾燥処理を行った。そして、基材表面に塩素系フラックスをスプレー噴霧した後、窒素ガス雰囲気中、２６０℃に加熱を行い、粒子を溶融させて導電部９を形成させた（図４）。粒子を溶融した後は、レジスト７及びアルミ箔６を剥離層５ごと除去した（図５）。

上記の方法によりウェハ表面に形成されたボール状導電部（１０個）の寸法測定を行ったところ、高さが平均９３．４μｍ、標準偏差４．０８μｍという結果が得られた。また、各導電部の形状を確認したところ、形状不良と思われる導電部は確認されなかった。このように、実施例１の方法によれば、図１の基材のような通電を行うことが困難な開口部にも、電極シード層を形成することで、電気泳動により粒子を堆積させることができた。また、溶融したＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ合金粒子は電極シード層であるアルミ箔に濡れにくい性質のものであるため、導電部形成時の不良の発生が抑制されたと考えられる。

実施例２では、電極シード層６の形成をスパッタリングにより行い、形成する導電部の目標粒径を４５μｍとした。本実施例では、実施例１と同様の基材上に、予め機械加工によって開口部が形成された、４０μｍの市販の耐熱性マスキングテープで剥離層５を形成した後、電極シード層６の形成をスパッタリングにより行った。スパッタリングの具体的な方法としては、Ａｌターゲットを用いて、市販のスパッタリング装置により、厚み０．５μｍのアルミニウム電極シード層６を形成するものとした。スパッタリング後は、実施例１と同様の方法で導電部を形成させたところ、高さが平均４３．７μｍ、標準偏差４．５２μｍのボール状導電部９が観察された。各導電部の形状を確認したところ、形状不良と思われる導電部は確認されなかった。従って、電極シード層をスパッタリングにより形成した場合にも、図１のような通電を行うことが困難な基材の開口部内に、粒子を堆積できることが示された。

実施例における基材断面図 実施例における剥離層、電極シード層及び絶縁層形成後の断面図 実施例における開口部形成後の断面図 実施例における導電部形成後の断面図 実施例における電極シード層及び絶縁層剥離後の断面図

符号の説明

１ 下地基材
２ Ｎｉ
３ Ａｕ
４ ソルダレジスト
５ 剥離層
６ 電極シード層
７ 絶縁層
８ 開口部
９ 導電部

Claims (4)

1. 基材上に絶縁層を被覆し、絶縁層に粒子を堆積させるための開口部を形成した後、該基材を粒子の分散している懸濁液に浸漬し、電圧を印加して電気泳動により粒子を開口部に堆積させる粒子堆積方法において、
   電気泳動の際に給電を行う電極シード層を、基材と絶縁層との間に形成することを特徴とする粒子堆積方法。
2. 電極シード層は、基材に形成した剥離層上に形成する請求項１に記載の粒子堆積方法。
3. 電極シード層は金属箔からなる請求項１又は請求項２に記載の粒子堆積方法。
4. 絶縁層と電極シード層に、粒子を堆積させるための開口部を段階的に形成する請求項１〜請求項３に記載の粒子堆積方法。