JP2730357B2 - 電子部品実装接続体およびその製造方法 - Google Patents

電子部品実装接続体およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品おもには半導
体素子を回路基板やフィルムキャリアに実装する接続技
術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子のアルミ電極上に形成された
突起電極と回路基板の配線電極とを絶縁性の樹脂で圧接
接合する技術（以下マイクロバンプボンディング技術と
呼ぶ。）を従来例として説明する。 図１０とともに説
明する。まず図１０（ａ）に示すように回路基板６１上
のＬＳＩチップ６２が実装される領域に適量の光硬化性
の絶縁樹脂６３を滴下する。この回路基板６１にはガラ
スやセラミックを用いる。ついで（ｂ）に示すようにＬ
ＳＩチップ６２のＡｌ電極６４上に形成された突起電極
６５と回路基板６１上の電極６６とを位置合わせする。
ＬＳＩチップのＡｌ電極に突起電極を形成する方法には
いろいろあるが、主にはＡｌ電極上にＴｉ／Ｐｄ／Ａｕ
やＣｒ／Ａｕなどのバリヤメタルを介して電解めっき法
によってＡｕの突起電極６５を形成する方法と、金属突
起形成用基板上に形成された金属突起を転写法によって
ＬＳＩチップのＡｌ電極上に形成する方法とがある。こ
のＡｕの突起電極は一般には電解めっきによって形成さ
れる。ついで位置合わせが終わるとＬＳＩチップ６２を
（ｃ）に示すように加圧治具６７で加圧する。このとき
加重で突起電極６５下の絶縁性樹脂６３は完全に周辺に
押しやられるとともに突起電極６５が押しつぶされて
て、回路基板の電極６６と接触することになり、電気的
な接続が得られるわけである。次に紫外線６８を照射し
て光硬化性絶縁樹脂６３を（ｄ）に示すように硬化させ
る。このとき回路基板６１がガラス等の透明なものであ
ればガラス裏面から紫外線を照射し、セラミックのよう
な不透明なものであればＬＳＩチップの側面より照射す
る。ついで、（ｅ）にしめすように硬化が終了してから
加圧治具６７を取り去るとＬＳＩチップ６２と回路基板
の電極６６との接続が完了する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来例に
おいては以下のような問題点がある。 １）この方式ではピン数が多くなると接続する加重も大
きくなり、この加重で半導体素子や回路基板が容易に変
形して接続信頼性を低下させたり、素子自体に損傷を与
えたりする。 ２）また、半導体素子の数十〜数百の電極を均一に加圧
する必要があり、これには高度な加圧治具の平行度と回
路基板の平面度が要求される。そしてこれらはピン数が
多くなりチップサイズが大きくなると益々難しくなって
くる。たとえわずか３〜５μｍの突起電極のバラツキや
回路基板のそりがあっても接続不良をおこす原因とな
る。 ３）また、半導体素子が実際に動作状態にあり、素子が
発熱を起こすと材料の違いによる熱膨脹係数の差で歪み
やそりが生じ、突起電極と回路基板の電極と間に接続不
良を起こす原因になる。 これは上記の従来例に示したマイクロバンプボンディン
グ技術に限らず、ハンダバンプを用いたフリップチップ
技術においても接続部の劣化を引き起こす原因となる。
本発明はかかる点に鑑み、半導体素子の電極と回路基板
の電極との接続を行う突起電極に弾性力を持たせ、上記
のような不良原因をなくすことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の電子部品実装接
続体は上記の目的を達成するため、第一の電極または第
二の電極上に金属中に粒径が１〜５μｍの樹脂が分散さ
れた突起電極を形成し、この突起電極にて前記第一及び
第二の電極を電気的に接続する構成となっている。 また
本発明の電子部品実装接続体は、第一の電極または第二
の電極上に突起電極を形成し、この突起電極にて第一及
び第二の電極を電気的に接続してなり、突起電極が第一
の電極からなる層と第二の金属に樹脂が分散された混合
層とを有する多層構造である構成となっている。 さらに
本発明の電子部品実装接続体の製造方法は、樹脂微粒子
を分散させためっき液中に選択的に形成しためっき用マ
スクを有する基板と対向電極とを設置し、基板と対向電
極の間にパルス状電圧を印加して突起電極内に樹脂粒子
が分散した構造を有する金属突起を形成し、金属突起に
て電極間の接続を行う構成となっている。
【０００５】
【作用】上記の手段により金属中に樹脂粒子が高密度に
分散した弾性力のある突起電極を得ることができる。こ
の突起電極を用いることにより、接続部に弾性力を持た
せることが可能となるため、接合時に加えられる加重を
この突起電極により緩和するとともに低加重接続が可能
となるため半導体素子に損傷を与えることなく接続する
ことができる。また熱的歪による接合部の劣化も改善す
ることができる為、接続信頼性を大幅に向上させること
ができる。また、回路基板のそりや歪、金属突起電極の
ばらつきがあっても、約２〜３μｍであれば吸収できる
ので基板、材料の選択の自由度が向上する。
【０００６】
【実施例】本発明の一実施例を図面とともに説明する。
【０００７】図１は本発明の実施例における金属中に樹
脂が分散した構造を有する金属突起１０がＬＳＩチップ
１３のＡｌ電極１４上に形成された断面図を示すもので
ある。この図において１２は金属層、１１は樹脂粒子、
２はＳｉＯ2等の絶縁膜を示す。金属層１２はＡｕやＣ
ｕ、ハンダなどを用い、樹脂粒子１１にはアクリル系、
スチレン系もしくはシリコン系の１〜５μｍ径に微粒子
を用いる。この構造を持つ突起電極１０をＡｌ電極上に
形成する一例を図２とともに説明する。突起電極１０を
形成すべきシリコン基板たとえばＬＳＩチップ１３全面
にバリヤメタルとして用いる金属薄膜を形成する。この
バリヤメタルとしてはＴｉ／Ｐｄ／ＡｕやＣｒ／Ａｕな
どをもちい、厚さはそれぞれ０．１〜０．３μｍ程度で
ある。これにフォトレジストを０．８〜１．５μｍ塗布
して、Ａｌ電極に対応した位置に開口部を形成し、この
フォトレジスト１をめっき用のマスクとして用いる。こ
の基板１３を樹脂粒子１１を金のめっき液２１に分散さ
せためっき槽２２中に対向電極２４とともに平行に設置
して、基板１３と対向電極２４をパルス電源２５に接続
する。用いためっき液は非シアン系の金のめっき液で樹
脂粒子にはポリスチレン粒子を用いた。このポリスチレ
ン粒子は水溶液に分散可能であるため樹脂粒子最表面に
ＯＨ- 基を持っている。よって基板１３にプラス電位を
印加すると基板１３側に引き寄せられ付着する。まため
っき液２１中の金イオンはプラスイオンであるので基板
１３にマイナス電位を印加すると析出する。したがって
図３に示すようなパルス波形を加えてめっきするとポリ
スチレン粒子が付着する工程と金めっきが形成される工
程とが繰り返され、図１に示すような金の金属突起１０
内に高密度にポリスチレン粒子１１が分散された構造を
得ることができる。ここで用いたパルスの周期は数百ｎ
ｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃでａ（プラス印加時間）：ｂ（マ
イナス印加時間）＝１：１〜９：１に設定するのが望ま
しい。具体的には周期＝１ｍｓｅｃ，ａ＝９００ｎｓｅ
ｃ，ｂ＝１００ｎｓｅｃとした。めっき液２１自体は樹
脂粒子１１を均一に分散させておくために常に攪拌して
おく。めっきの条件としては液温＝６０〜６５℃でめっ
き電流は可変抵抗２６を調整して電流密度０．０４ｍＡ
／ｍｍ2 で約８０分行い、約１０μｍ高さの金属突起を
得た。
【０００８】この後、フォトレジストを除去し、再度フ
ォトレジストを塗布して金属突起電極のある位置にのみ
フォトレジストを残したパターンを形成する。つぎにこ
のフォトレジストをエッチング用のマスクとしてバリヤ
メタルをエッチングする。バリヤメタルエッチング終了
後フォトレジストを除去し、Ａｌ電極上に樹脂粒子を分
散させた金属突起を形成した構造の半導体素子、たとえ
ば図１にしめすような構造のものをを得る。
【０００９】また、金属突起は図４に示すような構造の
ものでもよい。図４（ａ）は第１の金属層１５の上に、
第二の金属に樹脂粒子１１が分散した混合層１６が形成
された構造を示す。構造としては樹脂粒子１１は（ａ）
に示すように突起電極１０の最表面に形成されていて
も、（ｂ）に示すように突起電極１０中に形成されてい
ても良い。この例では第１の金属層１５と第二の混合層
１６とは同一の金属、金よりなっている例を示す。この
他ハンダ、銀、銅、インジウムなどのめっき可能な材料
の組み合わせを用いることができる。金属突起電極の形
成方法は、図２にしめすめっき装置および図２と構成は
全く同一で樹脂粒子１１を分散させていないめっき装置
の２台を用いる。構造（ａ）のものを形成するには樹脂
粒子１１を分散させていないめっき装置を用いて第１の
金属層１５をまず形成する。この場合突起電極１０は全
体で高さ１０〜３０μｍ程度であり、第１の金属層１５
としては５〜２０μｍの高さまで形成する。この後、樹
脂粒子１１を分散させためっき装置を用いて上述したよ
うにパルス電圧でもってめっきを行い、樹脂粒子１１を
分散させた第二の混合層１６を形成する。形成する厚み
は５〜１０μｍ程度である。構造（ｂ）のものを形成す
るのも同様にして、まず第１の金属層１５を１〜１０μ
ｍ程度形成しておき、次に第二の混合層１６を樹脂粒子
１１を分散させためっき装置で２〜１０μｍ程度形成す
る。その後再度、第１の金属層１５を１〜１０μｍ程度
形成して得る。
【００１０】また、この構造を持った金属突起１０をＡ
ｌ電極１４上に形成する方法として、別基板上にこの金
属突起だけを形成しておいて、その後Ａｌ電極上に転写
法によって形成する方法がある。以下その方法について
説明する。突起電極を形成するための基板の詳細を図５
に示す。絶縁基板４１上に導電膜４２が全面に形成され
ている。絶縁基板４１にはセラミック、ガラス等を用
い、導電膜４２には主にＰｔ, ＩＴＯなどを用いる。次
に、この導電膜４２上にめっき用マスク４３となる絶縁
膜を全面に形成し、フォトレジストをエッチングマスク
にして半導体素子の電極に対応した位置に開口部４４を
形成する。このめっき用マスク４３には一般にＰ−ＣＶ
Ｄ（プラズマ ＣＶＤ）法等で形成されたＳｉＯ2 ，Ｓ
ｉ3Ｎ4等の無機薄膜を用い、その膜厚は約300nm から10
00nm程度としている。また、これらの絶縁膜マスク４３
の形成にはスパッタ法，ＣＶＤ法等が用いられる。しか
る後図２、図３の方法で突起電極１０を基板４１上に形
成する。
【００１１】次に図６とともにＬＳＩチップのＡｌ電極
上に上記の図５で形成した突起電極１０を形成する方法
を説明する。まず（ａ）に示すように、図５の絶縁基板
４１上に形成された突起電極１０とＬＳＩチップ１３の
Ａｌ電極１４とを位置合わせし加圧冶具５４により加
圧、加熱しＡｌ電極１４と突起電極１０とを接合する
（（ｂ）に示す。）その後加圧冶具５４を取り除くと突
起電極１０のＡｌ電極１４への転写を完了する（（Ｃ）
に示す。）。
【００１２】このように樹脂を分散させた構造を有する
金属突起電極をＬＳＩチップのアルミ電極上に形成する
わけである。
【００１３】次に、この突起電極を有したＬＳＩチップ
と回路基板との接続は前述した図１０の方法を用いるこ
とができる。方法の一例を図７とともに説明する。ま
ず、（ａ）に示すように配線電極６６を有した回路基板
６１上のＬＳＩチップが搭載される部分に光硬化性絶縁
樹脂６３を塗布する。もちいた配線基板はガラスやセラ
ミックで、光硬化性絶縁樹脂はエポキシ系、アクリル
系、シリコン系等のものを用いた。
【００１４】つぎに、（ｂ）に示すようにＬＳＩチップ
１３のＡｌ電極１４上に形成した金属突起電極１０と配
線基板上の配線電極６６とを位置合わせし、その後加圧
ツ−ル６７によって加圧する。このとき樹脂はＬＳＩチ
ップの周辺にまで押し広げられる。このときの加圧力は
樹脂粒子が完全に塑性変形を起こさないで、弾性変形を
起こすぐらいの荷重、すなわち樹脂ボ−ルが５〜２０％
ぐらい変形する荷重に設定した。 次に、光硬化性絶縁
樹脂６３を紫外線６８にて硬化させた（（ｃ）に示す）
後、加圧を解除することにより（ｄ）に示すようにＬＳ
Ｉチップ１３が配線基板６１に固着される。そしてＬＳ
ＩチップのＡｌ電極１４上に形成された金属突起電極１
０と配線基板６１とが接触した状態で保持され、電気的
な接続を行うことができる。なお、光硬化性絶縁樹脂６
３の硬化方法は回路基板６１がガラスのように透明の場
合は紫外線６８はガラス裏面より照射し、セラミックの
ように不透明の場合はＬＳＩチップ側面より照射する。
【００１５】実験の結果、ＬＳＩチップ１３と配線電極
６６の間隔が接続後２μｍまで変化しても接続が保たれ
ていることが確認できた。また、配線電極６６の高低差
も２μｍまでならこの金属突起電極１０で吸収して、接
続することが可能である。この方式の接続原理を図７に
示す。ＬＳＩチップ１３と回路基板６１は光硬化性絶縁
樹脂６３の持つ収縮力Ｗと、ＬＳＩチップ１３と光硬化
性絶縁樹脂６３および回路基板６１と光硬化性絶縁樹脂
６３間は各々の密着力α、βが作用しているため金属突
起６５と回路基板の電極６６同士は圧接・接触させられ
ている。また、接続する際に加える荷重によって金属突
起６５内に含まれている樹脂粒子は弾性変形△ｒだけ変
形して保持されている。
【００１６】このほかには図８に示すようなＬＳＩチッ
プ１３のＡＬ電極１４上に金属突起電極１０を形成した
ものを回路基板８１に接合する実装体にも適用できる。
ここでは金属突起電極１０を構成している金属は半田を
用いる。また、図１０に示すようなＬＳＩチップ１３と
フィルムキャリア９１のリード９０とをこの金属突起電
極１０により接合する実装体にも適用できる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明は金属突起電極内に
樹脂微粒子を分散させた構造とすることで以下に示すよ
うな効果がある。 １）金属突起電極が弾性力を持っているために接続時に
加える加重をこの金属突起電極で緩和できるため、ＬＳ
Ｉチップに大きな加重をかけることなく接続することが
できる。このため電極数の多いＬＳＩチップにおいても
低加重での接続が可能となり、接続時にＬＳＩチップに
与えるダメ−ジ低減でき、接続信頼性を大幅に向上させ
ることができる。 ２）ＬＳＩチップのＡｌ電極上に形成した上記金属突起
電極と回路基板の配線電極との接続を光硬化性絶縁樹脂
の収縮力と金属突起電極の持つ弾性力で、両者が接触、
固定されている接続構造を有する実装体では、接続加重
をこの金属突起電極によって緩和できると供に、低加重
での接続を可能とするのでＬＳＩチップに反りや歪みを
与えずに接合することが可能となり、接続信頼性を向上
させる。また、ＬＳＩチップの動作による発熱や、周囲
温度の上昇によって光硬化性絶縁樹脂に熱応力（熱膨
張）が働いた場合、金属突起電極と回路基板の電極同士
を引き剥がそうとする力Ｗ（図７に示す）が発生する。
しかしながら、金属突起電極のもつ弾性力△ｒによって
常に回路基板の配線電極とは接続を保つことができる。
今回用いた金属突起電極では弾性回復力は最大で約３μ
ｍ程度ある。また、用いている光硬化性絶縁樹脂は２０
０℃でも約１〜２μｍしか膨張しない。したがって低温
領域から高温領域まで非常に安定した接続を得ることが
できる。 ３）また、従来は加圧治具の平行度、回路基板の平面
度、金属突起電極のチップ内でのバラツキなどを高精度
に調整、制御しておく必要があったが、本発明のように
金属突起電極に弾性力をもたせることにより、約３μｍ
ぐらいのギャップはこの金属突起電極で吸収できるよう
になった。したがってＬＳＩチップを回路基板やフィル
ムキャリに接合する実装形態のものでは回路基板の選択
の自由度が向上すると供に、低加重での接続を可能とし
ＬＳＩチップにそりや歪みを与えずに接続することがで
き接続信頼性を向上させることができる。 また、本発明の金属突起電極を形成する方法では ４）微小な樹脂粒子をめっき液の中に分散させてパルス
波によって電解めっきすることにより従来の定電流によ
る電解めっき工程と同様のプロセスで容易に金属中に高
密度に樹脂粒子を分散させた構造の金属突起電極を形成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属中に樹脂が分散した構造を有する金属突起
電極の構造断面図
【図２】本発明の実施例における樹脂粒子を分散した構
造を有する金属突起電極を形成するためのめっき装置図
【図３】本発明の実施例における樹脂粒子を層状に分散
した構造を有する金属突起電極を形成するために用いた
パルス波形図
【図４】金属中に樹脂が分散した構造を有する金属突起
電極の構造断面図
【図５】本発明の実施例における樹脂粒子を分散した構
造を有する金属突起電極を形成するために用いた金属突
起形成基板の断面図
【図６】金属中に樹脂が分散した構造を有する金属突起
電極をＬＳＩチップのＡｌ電極上に形成する工程断面図
【図７】本発明の実施例における実装方式の接続原理図
【図８】本発明の実施例における実装方式の断面図
【図９】本発明の実施例における実装方式の断面図
【図１０】従来例に示す実装体の工程断面図
【符号の説明】
１０ 金属突起 １１ 樹脂粒子 １２ 金属層 １３ ＬＳＩチップ １４ Ａｌ電極 ２１ 金のめっき液 ２２ めっき槽 ２４ 対向電極 ２５ パルス電源 ４１ 絶縁基板 ４２ 導電膜 ４３ めっき用マスク ４４ 開口部 ５４ 加圧治具 ６１ 回路基板 ６３ 光硬化性絶縁樹脂 ６５ 加圧冶具 ６６ 回路基板の配線電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−211149（ＪＰ，Ａ) 畑田賢造著 ＴＡＢ技術入門 工業調 査会（1991−４−５）Ｐ．50−52

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第一の電極または第二の電極上に金属中に
    粒径が１〜５μｍの樹脂が分散された突起電極を形成
    し、前記突起電極にて前記第一及び第二の電極を電気的
    に接続してなることを特徴とする電子部品実装接続体。
  2. 【請求項２】第一の電極または第二の電極上に突起電極
    を形成し、前記突起電極にて前記第一及び第二の電極を
    電気的に接続してなり、前記突起電極が第一の金属から
    なる層と第二の金属に樹脂が分散された混合層とを有す
    る多層構造であることを特徴とする電子部品実装接続
    体。
  3. 【請求項３】第一の金属層と第二の金属層が同一である
    ことを特徴とする請求項２記載の電子部品実装接続体。
  4. 【請求項４】樹脂微粒子を分散させためっき液中に選択
    的に形成しためっき用マスクを有する基板と対向電極と
    を設置し、前記基板と前記対向電極の間にパルス状電圧
    を印加して突起電極内に樹脂粒子が分散した構造を有す
    る金属突起を形成し、前記金属突起にて電極間の接続を
    行うことを特徴とする電子部品実装接続体の製造方法。
  5. 【請求項５】半導体素子の電極上に請求項１記載の突起
    電極と前記半導体素子の電極に対応した位置に配線電極
    を有する配線基板とを位置合わせし、絶縁性樹脂により
    前記半導体素子と前記配線基板を固着し、前記突起電極
    と前記配線電極とを電気的に接触させることを特徴とす
    る電子部品実装接続体の製造方法。
  6. 【請求項６】半導体素子の電極上に請求項１記載の突起
    電極と前記半導体素子の電極に対応した位置に配線電極
    を有する配線基板とを位置合わせした後、前記突起電極
    の金属部分を溶融させることによって前記突起電極と前
    記配線電極とを接合することを特徴とする電子部品実装
    接続体の製造方法。
  7. 【請求項７】半導体素子の電極上、もしくはフィルムキ
    ャリアのインナーリード上に請求項１記載の突起電極を
    形成し、前記インナーリードと前記半導体素子の電極と
    を位置合わせした後、加圧、加熱することにより前記フ
    ィルムキャリアのインナーリードと前記半導体素子の電
    極とを前記突起電極によって接合することを特徴とする
    電子部品実装接続体の製造方法。
  8. 【請求項８】第一の電極上に第一の金属からなる層と第
    二の金属に樹脂が分散 された混合層とを有する多層構造
    を有する突起電極を形成する工程と、前記突起電極を介
    して前記第一の電極と第二の電極とを電気的に接続する
    工程とを有し、前記突起電極を形成する工程において、
    突起電極の表面を第一の金属からなる層とすること特徴
    とする電子部品実装接続体の製造方法。
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