(57)【要約】【課題】回路基板上に半導体素子を搭載した電子部品及びその製造方法に関し、回路基板と半導体素子との間の接点接続を維持しつつ回路基板から半導体素子へ加わる応力を効果的に緩和する電子部品及びその製造方法を提供する。【解決手段】接続電極３２が形成された回路基板３０と、回路基板３０上に形成され、弾力性を有する突起状端子２２を介して接続電極３２に電気的に接続された半導体素子１０と、半導体素子１０を覆うように形成され回路基板３０に固定された構造体４２とを有する。半導体素子１０は、突起状端子２２の弾性力によって突起状端子２２と構造体４２との間に挟持されている。【選択図】図４
2010103397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続電極が形成された回路基板と、
前記回路基板上に形成され、弾力性を有する突起状端子を介して前記接続電極に電気的に接続された半導体素子と、
前記半導体素子を覆うように形成され、前記回路基板に固定された構造体とを有し、
前記半導体素子は、前記突起状端子の弾性力によって、前記突起状端子と前記構造体との間に挟持されている
ことを特徴とする電子部品。
【請求項２】
接続電極が形成された回路基板と、
前記回路基板上に形成され、弾力性を有する突起状端子を介して前記接続電極に電気的に接続された半導体素子と、
少なくとも前記突起状端子が形成された領域を除く領域の前記回路基板と前記半導体素子との間に形成された接着層と
を有することを特徴とする電子部品。
【請求項３】
請求項２記載の電子部品において、
前記接着層の弾性率は、５〜１５ＧＰａである
ことを特徴とする電子部品。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品において、
前記突起状端子は、炭素元素の線状構造体の束により形成されている
ことを特徴とする電子部品。
【請求項５】
半導体素子の一方の面上に、弾力性を有する突起状端子を形成する工程と、
前記半導体素子の前記一方の面上に、加熱することにより接着力が低下する第１の接着層を形成する工程と、
回路基板上に、少なくとも前記突起状端子が接続される接続電極が形成された領域に開口部を有する第２の接着層を形成する工程と、
前記突起状端子が前記開口部を介して前記接続電極に接続されるように、前記半導体素子の前記一方の面と前記回路基板とを対向させ、前記半導体素子を前記第１の接着層及び前記第２の接着層により前記回路基板上に接着する工程と、
前記半導体素子の他方の面側を覆うように、前記回路基板に固定された構造体を形成する工程と、
熱処理を行い前記第１の接着層の接着力を低下し、前記突起状端子の弾性力によって、前記半導体素子を前記回路基板から剥離するとともに、前記半導体素子を前記突起状端子と前記構造体との間に固定する工程と
を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の電子部品の製造方法において、
前記第１の接着層の接着力が低下する温度は、前記第２の接着層が硬化する温度よりも高い
ことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項７】
半導体素子上に、弾力性を有する突起状端子を形成する工程と、
回路基板上に、少なくとも前記突起状端子が接続される接続電極が形成された領域に開口部を有する接着層を形成する工程と、
前記突起状端子が前記開口部を介して前記接続電極に接続されるように、前記半導体素子の前記一方の面と前記回路基板とを対向させ、前記半導体素子を前記接着層により前記回路基板上に接着する工程と
を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法において、
前記突起状端子を形成する工程では、炭素元素の線状構造体の束により前記突起状端子を形成する
ことを特徴とする電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板上に半導体素子を搭載した電子部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の高密度実装化への要求が年々強くなっている現在、ベアチップ実装方式が注目されている。また、ベアチップ実装における接続構造は、ワイヤボンディング法によるフェイスアップ実装から、半導体素子の電極上に形成した突起状端子を回路基板に直接接続するフェイスダウン実装へと変化してきている。フェイスダウン実装は、ワイヤボンディングに比べて接続端子間の距離を短くすることが可能となることから、多端子での接続を実現し、大容量の信号を高速で伝達できるなど電気的な特徴に優れた接続方式である。
【０００３】
フェイスダウン実装では、半導体素子上に形成した突起状端子を用いて回路基板に接続した後、半導体素子と回路基板との間にアンダーフィル接着材を充填し、突起電極に加わる応力を分散させる方法が一般的に採用されている。
【特許文献１】特開２００２−１４１６３３号公報
【特許文献２】特開２００６−１４７８０１号公報
【特許文献３】特開２００６−２９０７３６号公報
【特許文献４】特開２００７−３１１７００号公報
【特許文献５】特表２００７−５２００７３号公報
【特許文献６】特開２００８−２１８９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、半導体素子は、アンダーフィル接着剤を介して回路基板上に搭載されており、半導体素子と回路基板との間の熱膨張差は、歪み、反りなどを引き起こす原因となる。特に近年では、高機能化、高密度化、低コスト化の流れの中で、回路基板内の銅配線密度が高まっている。銅の熱膨張係数は１７ｐｐｍ／℃と高い故に、回路基板の熱膨張係数も、半導体素子の４ｐｐｍ／℃に比べて拡大する傾向にある。
【０００５】
このような状況は、接点接続を維持することが困難になることのみならず、実稼働環境において多大なストレスを引き起こし、半導体素子の割れ、接合部の破壊などの劣化を招く虞があり、信頼性を十分に満足させることが困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、回路基板と半導体素子との間の接点接続を維持しつつ回路基板から半導体素子へ加わる応力を効果的に緩和することができる電子部品及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一観点によれば、接続電極が形成された回路基板と、前記回路基板上に形成され、弾力性を有する突起状端子を介して前記接続電極に電気的に接続された半導体素子と、前記半導体素子を覆うように形成され、前記回路基板に固定された構造体とを有し、前記半導体素子は、前記突起状端子の弾性力によって、前記突起状端子と前記構造体との間に挟持されている電子部品が提供される。
【０００８】
また、実施形態の他の観点によれば、接続電極が形成された回路基板と、前記回路基板上に形成され、弾力性を有する突起状端子を介して前記接続電極に電気的に接続された半導体素子と、少なくとも前記突起状端子が形成された領域を除く領域の前記回路基板と前記半導体素子との間に形成された接着層とを有する電子部品が提供される。
【０００９】
また、実施形態の更に他の観点によれば、半導体素子の一方の面上に、弾力性を有する突起状端子を形成する工程と、前記半導体素子の前記一方の面上に、加熱することにより接着力が低下する第１の接着層を形成する工程と、回路基板上に、少なくとも前記突起状端子が接続される接続電極が形成された領域に開口部を有する第２の接着層を形成する工程と、前記突起状端子が前記開口部を介して前記接続電極に接続されるように、前記半導体素子の前記一方の面と前記回路基板とを対向させ、前記半導体素子を前記第１の接着層及び前記第２の接着層により前記回路基板上に接着する工程と、前記半導体素子の他方の面側を覆うように、前記回路基板に固定された構造体を形成する工程と、熱処理を行い前記第１の接着層の接着力を低下し、前記突起状端子の弾性力によって、前記半導体素子を前記回路基板から剥離するとともに、前記半導体素子を前記突起状端子と前記構造体との間に固定する工程とを有する電子部品の製造方法が提供される。
【００１０】
また、実施形態の更に他の観点によれば、半導体素子上に、弾力性を有する突起状端子を形成する工程と、回路基板上に、少なくとも前記突起状端子が接続される接続電極が形成された領域に開口部を有する接着層を形成する工程と、前記突起状端子が前記開口部を介して前記接続電極に接続されるように、前記半導体素子の前記一方の面と前記回路基板とを対向させ、前記半導体素子を前記接着層により前記回路基板上に接着する工程とを有する電子部品の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
開示の電子部品及びその製造方法によれば、弾力性を有する突起状端子の弾力性を損なうことなく半導体素子を回路基板上に搭載することができるので、半導体素子と回路基板との間に加わる機械的ストレスや熱的ストレスを突起上端子により効果的に吸収することができる。これにより、半導体素子と回路基板との間の接点接続を維持することができ、半導体素子の長期にわたる動作保証が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による電子部品及びその製造方法について図１乃至図３を用いて説明する。
【００１３】
図１は本実施形態による電子部品の構造を示す概略断面図、図２及び図３は本実施形態による電子部品の製造方法を示す工程断面図である。
【００１４】
はじめに、本実施形態による電子部品の構造について図１を用いて説明する。
【００１５】
回路基板３０上には、所定の配線パターン（図示せず）と、半導体素子との間で電気的接続を行うための接続電極３２が形成されている。接続電極３２が形成された回路基板３０上には、半導体素子１０が搭載されている。半導体素子１０は、半導体素子１０の表面に垂直な方向に配向したカーボンナノチューブの束によって形成された突起状端子２２により、回路基板３０の接続電極３２に電気的に接続されている。回路基板３０と半導体素子１０との間の、少なくとも突起状端子２２が形成された領域を除く領域には、樹脂層３４が形成されている。回路基板３０と半導体素子１０とは、この樹脂層３４によって接着されている。本明細書では、樹脂層３４を接着層と呼ぶこともある。
【００１６】
こうして、回路基板３０上に半導体素子１０がフェイスダウン実装された本実施形態の電子部品が形成されている。
【００１７】
突起状端子２２を形成するカーボンナノチューブは、低抵抗であるが故に、大電流を流すことが可能である。また、カーボンナノチューブは高い弾力性（バネ性）を有するため、コネクタのような接点接続で接続を維持することが可能である。更に、この接点接続は、回路基板３０と半導体素子１０との間の熱膨張係数差に起因した応力を、カーボンナノチューブが変形することにより吸収できるという効果も奏する。
【００１８】
一般的なフェイスダウン実装では、回路基板と半導体素子とを突起状端子で接続した後、アンダーフィルと呼ばれる封止剤を回路基板と半導体素子の間の隙間に充填し、突起状端子に加わる応力を分散している。しかしながら、突起状端子としてカーボンナノチューブ束を用いた場合にも同様の手法を用いると、アンダーフィル封止剤によってカーボンナノチューブによる効果が阻害される虞がある。
【００１９】
すなわち、突起状端子としてカーボンナノチューブの束を用いた場合、アンダーフィルを充填／硬化すると、カーボンナノチューブがアンダーフィル封止剤に濡れ、更に硬化によって固定されるため、カーボンナノチューブに期待されるバネ性が損なわれてしまう。また、カーボンナノチューブ間の間隔が大きいと、アンダーフィルがカーボンナノチューブ間に入り込み、一層バネ性が低下してしまう。
【００２０】
この点、本実施形態による電子部品では、回路基板３０の接続電極３２と半導体素子１０とが、カーボンナノチューブの束によって形成された突起状端子２２により電気的に接続されている。そして、回路基板３０と半導体素子１０とを接着する樹脂層３４が、少なくとも突起状端子２２が形成された領域を除く回路基板３０と半導体素子１０との間に形成されている。本実施形態による電子部品のように、少なくとも突起状端子２２が形成された領域を除く回路基板３０と半導体素子１０との間に樹脂層３４を形成することにより、突起状端子２２が樹脂層３４の樹脂材料に濡れることはない。したがって、突起状端子２２としてカーボンナノチューブの束を用いた場合にも、樹脂層３４によってカーボンナノチューブのバネ性が損なわれることはない。
【００２１】
したがって、このような電子部品を形成することにより、半導体素子１０と回路基板３０との間に加わる機械的ストレスや熱的ストレスを、バネ性が維持されたカーボンナノチューブ束の突起状端子２２により効果的に吸収することができる。これにより、半導体素子１０と回路基板３０との間の接点接続を維持することができ、半導体素子１０の長期にわたる動作保証が可能となる。
【００２２】
樹脂層３４の形成領域は、回路基板３０上に半導体素子１０を安定して接着できれば、特に限定されるものではない。例えば、図１に示すように、樹脂層３４に、複数の突起状端子２２のそれぞれの形成領域に対応して、複数の開口部を設けるようにしてもよい。２以上の突起状端子２２を一の開口部内に配置するようにしてもよい。或いは、半導体素子１０の周辺部分だけに樹脂層３４を形成するようにしてもよい。或いは、半導体素子１０の四隅だけに樹脂層３４を形成するようにしてもよい。樹脂層３４は、回路基板３０の配線保護層として用いることも可能である。かかる観点をも考慮して樹脂層３４の形成領域を設定することもできる。
【００２３】
樹脂層３４の樹脂材料は、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系、アクリル系、エポキシアクリレート系の樹脂等を適用することができる。
【００２４】
回路基板３０と半導体素子１０との間に加わる応力を低減する観点からは、樹脂層３４の構成材料として、半導体素子１０の熱膨張係数と回路基板３０の熱膨張係数との間の範囲の熱膨張係数を有する材料を選択することが望ましい。かかる観点から、樹脂層３４としては、５〜５０ｐｐｍ／℃程度の熱膨張係数を有する材料を選択することが望ましい。
【００２５】
また、半導体素子１０が回路基板３０上に強固に接着されていると、カーボンナノチューブ束の突起状端子２２による応力吸収の効果を十分に発揮することはできない。カーボンナノチューブ束の突起状端子２２のバネ性による効果を発揮しつつ回路基板３０と半導体素子１０とを接着する観点からは、樹脂層３４の構成材料として、高弾性の材料を適用することが望ましい。かかる観点から、樹脂層３４としては、５〜１５ＧＰａ程度の弾性率を有する材料を選択することが望ましい。
【００２６】
例えばエポキシ系樹脂としては、固形タイプあるいは液状タイプのビスフェノールＡ型エポキシ、ビスフェノールＦ型エポキシ、ナフタレン型エポキシなどを用いることができる。硬化剤としては、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−［２−メチルイミダゾール−（１）］−エチル−Ｓ−トリアジン、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾールなどを用い、溶媒にはアセトン、キシレンなどを使用すると良い。熱膨張係数と弾性率の調整には、シリカフィラーを用い、その添加量は、３０〜７０ｗｔ％とする。また、これに感光性を付与しても良い。感光性を付与する方法としては、イソブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、ラウリルアクリレートなどの単官能モノマーを添加する方法が挙げられる。
【００２７】
アクリル系樹脂を用いる場合には例えば、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ビスフェノールＡ，ＥＯ付加物ジアクリレートなどを用いることができる。
【００２８】
また、液状に比べて厚さの制御や、液状レジストを塗布した後のプリベーク工程を省けるなどの点で、フィルム状が望ましい。フィルムとする場合には、前述の液状エポキシ樹脂の他にビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ナフタレン型の固形エポキシ樹脂や、２，４−ジアミノ−６−［２−メチルイミダゾール−（１）］−エチル−Ｓ−トリアジンなどの固形硬化剤を用いることができる。
【００２９】
また、半導体素子１０が動作に伴い発熱するものである場合には、半導体素子１０上にヒートスプレッダを形成するようにしてもよい。
【００３０】
次に、本実施形態による電子部品の製造方法について図２及び図３を用いて説明する。
【００３１】
半導体素子１０は、例えば図２（ａ）に示すように、表面に多数のトランジスタその他の素子や多層配線層（図示せず）が形成された基板１２と、その最上層に形成されたパッド電極１４と、基板１２及びパッド電極１４の上に形成されたパッシベーション膜１６とを含む。パッシベーション膜１６には、パッド電極１４の一部の領域を露出する開口部が形成されている。
【００３２】
この半導体素子１０のパッド電極１４上に、例えばリフトオフ法により、例えば膜厚５ｎｍのＡｌ（アルミニウム）膜１８と、例えば膜厚２ｎｍのＦｅ（鉄）膜２０とを選択的に形成する（図２（ｂ））。Ａｌ膜１８及びＦｅ膜２０は、例えばスパッタ法により堆積することができる。
【００３３】
次いで、Ｆｅ膜２０を触媒として、Ｆｅ膜２０上に、例えばＣＶＤ法により、カーボンナノチューブを成長し、カーボンナノチューブの束の突起状端子２２を形成する（図２（ｃ））。カーボンナノチューブの成長は、例えば、原料ガスとしてアセチレン、メタン等の炭化水素系ガス、エタノール、メタノール等のアルコール系原料を用い、例えば１００Ｐａの圧力において、３００〜７００℃、例えば６００℃の成長温度で成長することができる。カーボンナノチューブの長さは、成長時間によって制御することができ、ここでは、例えば１００μｍとする。
【００３４】
或いは、半導体素子１０のパッド電極１４上にカーボンナノチューブの束を転写することにより、カーボンナノチューブの束の突起状端子２２を形成するようにしてもよい。例えば、まず、半導体素子１０のパッド電極１４上に、予め、はんだ或いは導電性微粒子を含む接着剤を形成しておく。次いで、別の基板（例えばシリコン基板）上に成長したカーボンナノチューブを、半導体素子１０のパッド電極１４上に押し当て、前記はんだ或いは接着剤によってパッド電極１４上に固定する。この後、基板を取り外すことにより、カーボンナノチューブの束をパッド電極１４上に転写することができる。
【００３５】
なお、上記の例では、カーボンナノチューブの成長に用いる触媒金属としてＦｅ膜２０を用いたが、他の材料を触媒として用いてもよい。例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）等の遷移金属を含んだ触媒からなる膜を用いてもよい。また、これらの触媒は、薄膜状にしてもよいし、微粒子状にしてもよい。また、ゼオライト等の担持材料中に触媒を含ませてもよいし、触媒となる金属元素を含んだフェリチン等のタンパク質の自己組織的配列を活用してもよい。
【００３６】
こうして、半導体素子１０のパッド電極１４上に、カーボンナノチューブの束の突起状端子２２を形成する。
【００３７】
一方、半導体素子１０を搭載する回路基板３０には、半導体素子１０の突起状端子２２を接続するための接続電極３２が形成されている。
【００３８】
この回路基板３０上に、感光性の接着樹脂材料の樹脂層３４を形成する（図３（ａ））。樹脂層３４の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、感光性樹脂シートを被覆形成する方法や、スピンコート法により塗布形成する方法等が挙げられる。
【００３９】
次いで、フォトリソグラフィにより、樹脂層３４に、少なくとも接続電極３２が形成された領域を露出する開口部３６を形成する（図３（ｂ））。
【００４０】
なお、樹脂層３４の形成と開口部３６の形成を行う代わりに、例えばスクリーン印刷により、開口部３６を有する樹脂層３４を回路基板３０上に直に形成するようにしてもよい。
【００４１】
次いで、突起状端子２２を形成した半導体素子１０を、半導体素子１０の突起状端子２２と回路基板３０の接続電極３２とが向き合うように位置合わせし、回路基板３０上に搭載するとともに、加圧及び加熱を行う（図３（ｃ））。
【００４２】
これにより、樹脂層３４によって回路基板３０と半導体素子１０とが接着されるとともに、樹脂層３４の開口部３６内では突起状端子２２と接続電極３２とが電気的に接続される（図３（ｄ））。
【００４３】
この際、カーボンナノチューブの束の突起状端子２２は、半導体素子１０の接合の際の圧力によって撓む。これにより、突起状端子２２から半導体素子１０方向及び接続電極３２方向にカーボンナノチューブによる弾性力（付勢力）が作用し、半導体素子１０と回路基板３０との間の電気的接続を確実にすることができる。また、回路基板３０と半導体素子１０とは樹脂層３４によって固定されているため、半導体素子１０を回路基板３０上に載置した後に位置ずれすることを防止することができる。
【００４４】
こうして、回路基板３０上に半導体素子１０がフェイスダウン実装された本実施形態の電子部品を形成することができる。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、突起状端子を形成するカーボンナノチューブのバネ性を損なうことなく半導体素子を回路基板上に搭載することができるので、半導体素子と回路基板との間に加わる機械的ストレスや熱的ストレスを突起状端子により効果的に吸収することができる。これにより、半導体素子と回路基板との間の接点接続を維持することができ、半導体素子の長期にわたる動作保証が可能となる。
【００４６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による電子部品及びその製造方法について図４乃至図７を用いて説明する。なお、図１乃至図３に示す第１実施形態による電子部品及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【００４７】
図４は本実施形態による電子部品の構造を示す概略断面図、図５乃至図７は本実施形態による電子部品の製造方法を示す工程断面図である。
【００４８】
はじめに、本実施形態による電子部品の構造について図４を用いて説明する。
【００４９】
回路基板３０上には、接続電極３２が形成されている。接続電極３２が形成された回路基板３０上には、半導体素子１０が搭載されている。半導体素子１０は、半導体素子１０の表面に垂直な方向に配向したカーボンナノチューブの束の突起状端子２２によって接続電極３２に電気的に接続されている。少なくとも突起状端子２２が形成された領域を除く回路基板３０と半導体素子１０との間には、回路基板３０に接着して樹脂層３４が形成されている。半導体素子１０が形成された回路基板３０上には、半導体素子１０を覆うように、スペーサ３８及び蓋体４０を有する構造体４２が形成されている。半導体素子１０は、樹脂層３４には接着しておらず、突起状端子２２を形成する弾性体としてのカーボンナノチューブの付勢力によって、突起状端子２２と蓋体４０との間に挟持されている。
【００５０】
このように、本実施形態による電子部品は、第１実施形態による電子部品と同様、回路基板３０の接続電極３２と半導体素子１０とが、カーボンナノチューブの束の突起状端子２２により電気的に接続されている。そして、樹脂層３４は、少なくとも突起状端子２２が形成された領域を除く領域に形成されており、突起状端子２２が樹脂層３４の樹脂材料に濡れることはない。したがって、突起状端子２２としてカーボンナノチューブ束を用いた場合にも、樹脂層３４によってカーボンナノチューブのバネ性が損なわれることはない。
【００５１】
本実施形態による電子部品では更に、半導体素子１０が樹脂層３４とは接着しておらず、構造体４２を除けば回路基板３０と半導体素子１０との間の接続は突起状端子２２だけである。つまり、回路基板３０と半導体素子１０との間は樹脂層３４によって拘束されておらず、回路基板３０と半導体素子１０との間に加わる応力を吸収する効果は、第１実施形態による電子部品の場合よりも極めて大きい。
【００５２】
また、半導体素子１０と構造体４２との間は接着剤などで固定されておらず、突起状端子２２の付勢力によって半導体素子１０が挟持されているだけの状態にある。したがって、半導体素子１０と構造体４２との間の熱膨張差等に起因する応力は、容易に緩和される。
【００５３】
したがって、このような電子部品を形成することにより、半導体素子１０と回路基板３０との間に加わる機械的ストレスや熱的ストレスを、バネ性が維持されたカーボンナノチューブ束の突起状端子２２により更に効果的に吸収することができる。これにより、半導体素子１０と回路基板３０との間の接点接続を維持することができ、半導体素子１０の長期にわたる動作保証が可能となる。
【００５４】
樹脂層３４の形成領域は、少なくとも突起状端子２２が形成された領域を除く領域であれば、特に限定されるものではない。樹脂層３４を、突起状端子２２のバネ性を維持する観点から少なくとも突起状端子２２が形成された領域を除く領域に形成する点は、第１実施形態の場合と同様である。
【００５５】
なお、本実施形態において樹脂層３４は、製造過程において回路基板３０上に半導体素子１０を仮固定するために用いられるものであり（後述の製造方法を参照）、本実施形態による電子部品における上述の効果を奏するうえでは必須の構成要素ではない。ただし、樹脂層３４は、回路基板３０の配線保護層として用いることも可能であり、かかる観点をも考慮して樹脂層３４の形成領域を設定することも有用である。
【００５６】
樹脂層３４の樹脂材料は、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系、アクリル系、エポキシアクリレート系の樹脂等を適用することができる。
【００５７】
スペーサ３８及び蓋体４０を有する構造体４２は、半導体素子１０を支持するための部材としてのみならず、半導体素子１０からの熱を分散するためのヒートスプレッダとして利用することも可能である。ヒートスプレッダとして用いる場合、構造体４２は、高い熱伝導性を有する材料、例えばＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）により形成することが望ましい。
【００５８】
半導体素子１０と蓋体４０との間には、熱伝導性向上等の観点から必要に応じて、インジウムシートやカーボンナノチューブシートなどの熱伝導性シート、熱伝導性を有する樹脂、例えばシリカフィラー、金属フィラーを含むエポキシ系の接着剤、ＳｎＰｂやＩｎＡｇなどの金属膜などを設けるようにしてもよい。
【００５９】
或いは、半導体素子１０と蓋体４０との間には、半導体素子１０と蓋体４０との間に加わる応力を緩和する応力緩和層を形成するようにしてもよい。応力緩和層を形成する弾力性組成物としては、例えばシリコーン系の樹脂やウレタンゴム系樹脂などのゲル状体を用いることができる。
【００６０】
次に、本実施形態による電子部品の製造方法について図５乃至図７を用いて説明する。
【００６１】
まず、第１実施形態による電子部品の製造方法と同様にして、半導体素子１０のパッド電極１４上に、カーボンナノチューブの束の突起状端子２２を形成する（図５（ａ））。
【００６２】
次いで、突起状端子２２が形成された半導体素子１０上に、加熱により接着力を失う樹脂材料の樹脂層２４を形成する（図５（ｂ））。樹脂層２４の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、感光性樹脂シートを被覆形成する方法、スピンコート法により塗布形成する方法、スクリーン印刷により形成する方法等が挙げられる。
【００６３】
加熱により接着力を失う樹脂材料としては、熱分解性の樹脂材料、例えば、加熱により気化する樹脂材料を適用することができる。このような樹脂材料としては、特に限定されるものではないが、例えばポリブテン（気化温度：２００℃程度）を適用することができる。
【００６４】
なお、樹脂層２４を形成する樹脂材料が接着力を失う温度は、回路基板３０上に形成した樹脂層３４を形成する樹脂材料の硬化温度よりも高いことが望ましい。これは、後の工程で回路基板３０と半導体素子１０とを樹脂層２４，３４により仮接着するためである。
【００６５】
一方、半導体素子１０を搭載する回路基板３０上には、例えば図３（ａ）乃至図３（ｂ）に示す第１実施形態による電子部品の製造方法と同様にして、開口部３６を有する樹脂層３４を形成する（図６（ａ））。
【００６６】
次いで、開口部３６を有する樹脂層３４が形成された回路基板３０上に、接着剤やネジ止めによりスペーサ３８を形成する（図６（ｂ））。スペーサ３８は、蓋体４０とともに回路基板３０に固定され、半導体素子１０を支持するためのものであり、スペーサ３８の構成材料は特に限定されるものではない。スペーサ３８を蓋体４０とともにヒートスプレッダとして用いる場合にあっては、スペーサ３８の構成材料としては、高い熱伝導性を有する材料、例えばＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）を適用することが望ましい。
【００６７】
次いで、突起状端子２２を形成した半導体素子１０を、半導体素子１０の突起状端子２２と回路基板３０の接続電極３２とが向き合うように位置合わせし、回路基板３０上に搭載するとともに、加圧及び加熱を行う（図６（ｃ））。
【００６８】
これにより、樹脂層３４及び樹脂層２４によって回路基板３０と半導体素子１０とが接着されるとともに、樹脂層３４の開口部３６内では突起状端子２２と接続電極３２とが電気的に接続される（図７（ａ））。
【００６９】
この際、カーボンナノチューブ束の突起状端子２２は、半導体素子１０の接合の際の圧力によって撓む。これにより、突起状端子２２から半導体素子１０方向及び接続電極３２方向にカーボンナノチューブによる弾性力（付勢力）が作用し、半導体素子１０と回路基板３０との間の電気的接続を確実にすることができる。また、回路基板３０と半導体素子１０とは樹脂層３４及び樹脂層２４によって固定されているため、半導体素子１０を回路基板３０上に載置した後に位置ずれすることを防止することができる。
【００７０】
次いで、枠体３８に、接着剤やネジ止めにより蓋体４０を接合し、構造体４０を形成する（図７（ｂ））。蓋体４０は、スペーサ３８とともに回路基板３０に固定され、後に半導体素子１０を支持するためのものであり、蓋体４０の構成材料は特に限定されるものではない。蓋体４０をヒートスプレッダとして用いる場合にあっては、蓋体４０の構成材料としては、高い熱伝導性を有する材料、例えばＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）を適用することが望ましい。
【００７１】
蓋体４０を形成する際、半導体素子１０の裏面と蓋体４０との間に、両者の間の熱伝導性を向上し或いは両者の間の応力を緩和するための部材を介在させるようにしてもよい。このような部材としては、例えば、インジウムシートやカーボンナノチューブシートなどの熱伝導性シートや、半導体素子１０と蓋体４０との間に加わる応力を緩和する応力緩和層を適用することができる。応力緩和層を形成する弾力性組成物としては、例えばシリコーン系の樹脂やウレタンゴム系樹脂などのゲル状体を用いることができる。
【００７２】
蓋体４０をスペーサ３８に接合して構造体４２を形成する際、半導体素子１０は樹脂層３４及び樹脂層２４によって回路基板３０に固定されているため、半導体素子１０の位置合わせずれが生じることはない。
【００７３】
次いで、樹脂層２４の構成材料に応じた所定の温度で熱処理を行い、樹脂層２４の接着力を低下させる。例えば、樹脂層２４として熱分解性の樹脂材料であるポリブテンを用いた場合には、２００℃の加熱を行い、樹脂層２４を気化し消滅させる。
【００７４】
これにより、半導体素子１０は、突起状端子２２を形成する弾性体としてのカーボンナノチューブの付勢力によって持ち上げられ、樹脂層３４から剥離されるとともに蓋体４０に押し付けられる。こうして半導体素子１０は、突起状端子２２と蓋体４０とによって挟持される。この際、半導体素子１０と蓋体４０との間に一定のギャップを設けて配置しておくことで、剥離後の半導体素子１０と回路基板３０との間の隙間を一定に保つことができる。
【００７５】
こうして、回路基板３０上に半導体素子１０がフェイスダウン実装された本実施形態の電子部品を形成することができる。
【００７６】
このように、本実施形態によれば、突起状端子を形成するカーボンナノチューブのバネ性を損なうことなく半導体素子を回路基板上に搭載することができるので、半導体素子と回路基板との間に加わる機械的ストレスや熱的ストレスを突起状端子によって効果的に吸収することができる。これにより、半導体素子と回路基板との間の接点接続を維持することができ、半導体素子の長期にわたる動作保証が可能となる。
【００７７】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００７８】
例えば、上記実施形態では、弾力性を有する突起状端子２２としてカーボンナノチューブの束を用いた例を説明したが、突起状端子２２はこれに限定されるものではない。例えば、カーボンナノチューブの代わりに、他の炭素元素の線状構造体を用いることもできる。このような線状構造体としては、カーボンナノワイヤ、カーボンロッド、カーボンファイバが挙げられる。これら線状構造体は、サイズが異なるほかは、カーボンナノチューブと同様である。また、炭素元素の線状構造体のみならず、弾性力を有する他の構造体を用いてもよい。
【００７９】
また、上記第２実施形態では、樹脂層２４を形成する樹脂材料として、熱分解性の樹脂材料を用いたが、加熱により接着力を失う樹脂材料であれば、これに限定されるものではない。熱分解性の樹脂材料のほか、例えば、熱可塑性の樹脂材料、熱剥離性の樹脂材料、離型剤等を適用することが可能である。
【００８０】
熱可塑性の樹脂材料としては、１８０〜３００℃程度の温度で軟化する樹脂材料を適用することができる。このような樹脂材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリカーボネイト、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、ポリアミド等が挙げられる。
【００８１】
熱剥離性の樹脂材料としては、加熱により粘着力が低下する樹脂材料を適用することができる。このような樹脂材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、加熱により膨張する発泡剤を含む樹脂材料、例えば、日東電工株式会社製の熱剥離シート「リバアルファ」を適用することができる。
【００８２】
離型剤としては、例えば、シリコーン系の離型剤であるファインケミカル株式会社製の「モールドリリーズ」が挙げられる。離型剤を用いた場合にも、他の樹脂材料と同様、回路基板上に半導体素子をある程度の保持力で仮接着することができる。仮接着の後、加熱（或いは素子が発熱）すると、回路基板と半導体素子との間の熱膨張係数差で物理的な力が作用し、粘着力が低下する。このメカニズムにより、半導体素子を回路基板から離脱することができる。
【００８３】
また、樹脂層２４は、加熱によって完全に接着力を失う材料である必要はない。樹脂層３４と樹脂層２４との間の接着力を、バネ性を有する突起状端子２２から得られる付勢力によって樹脂層３４から剥離することができる程度の接着力まで低下できれば、接着力を完全に失う必要はない。
【００８４】
また、上記第２実施形態では、加熱により粘着力が低下する樹脂材料を半導体素子１０側に形成したが、加熱により粘着力が低下する樹脂材料を回路基板３０側に形成してもよい。すなわち、樹脂層２４を回路基板３０側に形成し、樹脂層３４を半導体素子１０側に形成してもよい。
【００８５】
また、上記実施形態に記載の構成材料、製造方法や製造条件は、当該記載に限定されるものではなく、目的等に応じて適宜変更が可能である。
【実施例】
【００８６】
［実施例１］
シリコン基板上に、スパッタリング法により、膜厚５ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜と、膜厚２ｎｍの鉄（Ｆｅ）膜とを堆積し、触媒金属層を形成した。
【００８７】
次いで、触媒金属層を形成したシリコン基板上に、ＣＶＤ法により、長さが１００μｍのカーボンナノチューブを成長した。成膜条件は、原料ガスとしてアセチレンガスを、キャリアガスとしてアルゴンガスを用い、成膜室圧力を１００Ｐａ、温度を６００℃とした。成膜時間により、カーボンナノチューブの長さを制御した。
【００８８】
次いで、回路基板上に搭載する半導体素子の電極部に、導電性微粒子を含む接着剤を形成した。
【００８９】
次いで、この半導体素子の電極面にカーボンナノチューブを形成したシリコン基板を押し当て、接着剤を形成した電極上にカーボンナノチューブを固定し、シリコン基板を取り外すことにより、半導体素子の電極上にカーボンナノチューブを転写した。こうして、半導体素子の電極上に、カーボンナノチューブの束の突起状端子を形成した。
【００９０】
次いで、半導体素子を搭載する回路基板上に、厚さ５０μｍの感光性樹脂シートを１２０℃でラミネートし、１時間放置したのち、ガラスマスクを回路基板上に載置して露光処理を行った。
【００９１】
次いで、感光性樹脂シートを現像処理し、回路基板の接続電極上の感光性樹脂シートをエッチング除去した。こうして、回路基板の接続電極を露出する開口部が形成された樹脂層を形成した。
【００９２】
次いで、半導体素子の突起状端子が回路基板の樹脂層の開口部に収納されるように位置合わせし、３ＭＰａの圧力で加圧しながら１５０℃に加熱した。その後、１７０℃で１時間の熱処理を行い、樹脂層を硬化した。こうして、半導体素子を樹脂層によって回路基板上に接着した。
【００９３】
このようにして組み立てた半導体素子に対して、電気的に問題がないことを確認した後、以下の接続信頼性評価を行った。
【００９４】
−５５〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を２０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、１２１℃／８５％ＲＨの環境下で１０００時間放置した結果、サイクル試験と同様に、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。
【００９５】
［実施例２］
実施例１と同様の手法により、シリコン基板上に長さ１００μｍのカーボンナノチューブを成長した。
【００９６】
次いで、シリコン基板上にカーボンナノチューブを、実施例１と同様の手法により、３００μｍ厚の半導体素子の電極上に転写し、カーボンナノチューブの束の突起状端子を形成した。
【００９７】
次いで、突起状端子が形成された半導体素子の表面を、厚さ約１００ｎｍのポリブテンでコートした。
【００９８】
次いで、実施例１と同様の手法により、回路基板上に、接続電極を露出する開口部が形成された樹脂層を形成した。
【００９９】
次いで、回路基板上に、半導体素子の背面に接続する蓋体（ヒートスプレッダ）の搭載位置に合わせ、高さが３８０μｍのスペーサを設置し、接着剤で固定した。
【０１００】
次いで、半導体素子の突起状端子が回路基板の樹脂層の開口部に収納されるように位置合わせし、３ＭＰａの圧力で加圧しながら１５０℃に加熱した。こうして、半導体素子を樹脂層によって回路基板上に接着した。
【０１０１】
次いで、蓋体として、サイズ４２×４２×１ｍｍの銅板を半導体素子の背面近傍に配置し、スペーサに接着剤で固定した。
【０１０２】
次いで、２００℃の熱処理を行い、ポリブテンを熱分解した。これにより、カーボンナノチューブの弾性力（付勢力）によって半導体素子が回路基板から剥離するとともに背面が蓋体に接し、突起状端子と蓋体との間で半導体素子が挟持された。
【０１０３】
このようにして組み立てた半導体素子に対して、電気的に問題がないことを確認した後、以下の接続信頼性評価を行った。
【０１０４】
−５５〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を２０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、１２１℃／８５％ＲＨの環境下で１０００時間放置した結果、サイクル試験と同様に、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。
【０１０５】
［実施例３］
熱分解性樹脂（ポリブテン）の代わりに熱可塑性樹脂を用いる他は実施例２と同様の方法で電子部品を製造した。熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルサルフォンを用いた。
【０１０６】
このようにして組み立てた半導体素子に対して、電気的に問題がないことを確認した後、以下の接続信頼性評価を行った。
【０１０７】
−５５〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を２０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、１２１℃／８５％ＲＨの環境下で１０００時間放置した結果、サイクル試験と同様に、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。
【０１０８】
［実施例４］
熱分解性樹脂（ポリブテン）の代わりに熱剥離シートを用いる他は実施例２と同様の方法で電子部品を製造した。熱剥離シートとしては、日東電工株式会社製の「リバアルファ」を用いた。このシートは、加熱によって粘着力が低下する樹脂である。
【０１０９】
このようにして組み立てた半導体素子に対して、電気的に問題がないことを確認した後、以下の接続信頼性評価を行った。
【０１１０】
−５５〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を２０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、１２１℃／８５％ＲＨの環境下で１０００時間放置した結果、サイクル試験と同様に、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。
【０１１１】
［実施例５］
熱分解性樹脂（ポリブテン）の代わりにシリコーン系の離型剤を用いる他は実施例２と同様の方法で電子部品を製造した。シリコーン系の離型剤としては、ファインケミカル株式会社製の「モールドリリーズ」を用いた。
【０１１２】
このようにして組み立てた半導体素子に対して、電気的に問題がないことを確認した後、以下の接続信頼性評価を行った。
【０１１３】
−５５〜１２５℃の繰り返し温度サイクル試験を２０００サイクル行った結果、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。また、１２１℃／８５％ＲＨの環境下で１０００時間放置した結果、サイクル試験と同様に、抵抗上昇は１０％以下と良好であった。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の第１実施形態による電子部品の構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電子部品の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３】本発明の第１実施形態による電子部品の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４】本発明の第２実施形態による電子部品の構造を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による電子部品の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図６】本発明の第２実施形態による電子部品の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図７】本発明の第２実施形態による電子部品の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…半導体素子
１２…基板
１４…パッド電極
１６…パッシベーション膜
１８…Ａｌ膜
２０…Ｆｅ膜
２２…突起状端子
２４…樹脂層
３０…回路基板
３２…接続電極
３４…樹脂層
３６…開口部
３８…スペーサ
４０…蓋体
４２…構造体
【図１】
2010103397.tif 000003
【図２】
2010103397.tif 000004
【図３】
2010103397.tif 000005
【図４】
2010103397.tif 000006
【図５】
2010103397.tif 000007
【図６】
2010103397.tif 000008
【図７】
2010103397.tif 000009