(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極パッドと、前記第１電極パッドの上に形成された導電性ろう材突起部とを備える電子部品と、
前記第１電極パッドに対応して配置された第２電極パッドと、前記第２電極パッド上に形成された導電性材料部とを備える基板と
を備え、
前記第１パッドと前記第２パッドは、前記導電性ろう材突起部と前記導電性材料部とを介して接続され、
ソルダーレジストが前記基板の表面には形成され、前記ソルダーレジストの開口部により前記第２電極パッドが規定され、前記導電性材料部は前記ソルダーレジストの表面から突出し、
前記導電性材料部の弾性率は前記ソルダーレジストのそれよりも低い
電子部品の実装構造。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品の実装構造において、
前記ろう材突起部と前記導電性材料部とは金属層を介して接続される
電子部品の実装構造。
【請求項３】
請求項１に記載の電子部品の実装構造において、
前記導電性材料部は、前記ソルダーレジストの前記開口部よりも大きい面積を持つように形成され、前記導電性材料部の端部が前記ソルダーレジストの表面の一部に密着している
電子部品の実装構造。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品の実装構造において、
前記導電性材料部の導電性接着剤層は、シリコーン樹脂を含む
電子部品の実装構造。
【請求項５】
請求項２に記載の電子部品の実装構造において、
前記導電性材料部は、樹脂層及び導電粒子を含んでいる
電子部品の実装構造。
【請求項６】
請求項５に記載の電子部品の実装構造において、
前記金属層と接している前記導電性材料部の表面において、少なくとも前記導電性材料部の前記樹脂層の最外表面よりも突出している前記導電粒子が前記金属層と直接密着している
電子部品の実装構造。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電子部品の実装構造において、
前記樹脂層は、シリコーン系樹脂層を含む
電子部品の実装構造。
【請求項８】
請求項５または６に記載の電子部品の実装構造において、
前記樹脂層は、シリコーン系樹脂及びエポキシ系樹脂の混合物を含む
電子部品の実装構造。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品の実装構造において、
前記導電性材料部と接する前記第２電極パッドの表面が粗化されている
電子部品の実装構造。
【請求項１０】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品の実装構造において、
前記ろう材突起部は、半田バンプを備える
電子部品の実装構造。
【請求項１１】
請求項２に記載の電子部品の実装構造において、
前記金属層は、少なくともＮｉ層を含んでいる
電子部品の実装構造。
【請求項１２】
請求項２に記載の電子部品の実装構造において、
前記電子部品と前記基板との間に充填された絶縁樹脂層を備える
電子部品の実装構造。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電子部品の実装構造において、
前記導電性材料部の弾性率が前記絶縁樹脂層のそれよりも低い
電子部品の実装構造。
【請求項１４】
第１電極パッドが形成された電子部品の、前記第１電極パッドに対応した第２電極パッドが形成された基板への実装方法であって、
前記第１電極パッドの上にろう材突起部を形成する工程と、
前記基板の表面にソルダーレジストを形成する工程と、前記第２パッドの面サイズは、前記ソルダーレジストの開口により規定され、
前記第２電極パッドに接して前記ソルダーレジストの表面から突出するように導電性材料部を形成する工程と、該導電性材料部は前記ソルダーレジストよりも弾性率が低く、
前記基板上に前記電子部品を位置決めし、前記ろう材突起部を溶融させて該ろう材突起部を前記導電性材料部に接続する工程と
を備える電子部品の実装方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電子部品の実装方法において、
前記導電性材料部を形成する工程に続いて、該導電性材料部の表面に金属層を形成する工程とを含み、
前記ろう材突起部を溶融させるとき、該ろう材突起部を前記金属層に接続する
電子部品の実装方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電子部品の実装方法において、
前記導電性材料部が樹脂層及び導電粒子を含み、
前記ろう材突起部を溶融させるときに、該ろう材突起部を前記金属層及び前記導電粒子に接続する
電子部品の実装方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の電子部品の実装方法において、
前記ろう材突起部を溶融させた後、前記電子部品と前記基板との隙間に毛細管現象を利用して絶縁樹脂を封入する工程とを備える
電子部品の実装方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の電子部品の実装方法において、
前記ろう材突起部を溶融させるとき、前記電子部品側の温度よりも前記基板側の温度を低く保つ電子部品の実装方法。
【請求項１９】
第１電極パッドが設けられた電子部品と前記第１電極パッドに対応した第２電極パッドが設けられた基板とが、前記第１及び前記第２電極パッドが対向するように配置され、
前記基板の上面には前記第２電極パッドの面積を決定する開口を有するソルダーレジストが形成され、
前記第２電極パッドに接して前記ソルダーレジストの表面から突出するように導電性材料部が形成されるとともに、該導電性材料部の弾性率が前記ソルダーレジストのそれよりも低い
電子部品実装用基板。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電子部品実装用基板であって、
前記導電性材料部の表面に金属層が形成されている
電子部品実装用基板。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電子部品実装用基板であって、
前記導電性材料部は、前記ソルダーレジストの前記開口よりも大きい面積を持つように形成され、
前記導電性材料部の端部が前記ソルダーレジストの表面の一部と密着している
電子部品実装用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の実装構造、電子部品の実装方法、並びに電子部品実装用基板に係る。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の代表としてベアチップ、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）などの半導体素子が知られており、各種の電子機器に広く用いられている。そのようそれらの半導体素子には、電子機器の急速な発達に伴い、これまで以上に高機能が求められている。半導体素子の高機能化に伴い、半導体素子の入出力端子数は増加するので多ピン化が求められ、また半導体素子を高速動作させるために信号を伝送する配線長は短縮化が求められている。こうした要求を実現するために開発された実装技術としてフリップチップ接続が知られている。【０００３】
フリップチップ接続は、半導体素子の配線面のエリア上に多数の電極パッドが設けられることができるので、多ピン化に適している。また、ワイヤボンディングやテープオートメイティッドボンディングのような他の半導体素子の接続方法と比較し、引き出し線を必要とせずに、半導体素子の電極パッドが半田バンプのようなろう材突起部を介して基板の電極パッドに直接に接続されることができるので、配線長の短縮化が可能である。以上のような理由から電子機器に用いられる半導体素子の実装技術には、フリップチップ接続を使用したものが増加している。【０００４】
現在、フリップチップ接続を使用して半導体素子を基板に実装するためのろう材突起部の材料としては、一般的にろう材として、半田やＡｕが用いられている。ここで、半田の具体的な材料としてはＳｎ−Ｐｂ共晶半田が多く用いられているが、このＳｎ−Ｐｂ共晶半田に限定されない。材料は、例えばＳｎ−Ｐｂ（共晶を除く）、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｂｉ及びこれらの材料に特定の添加元素として、例えば、Ｎｉ、Ｇｅなどをさらに加えた材料をあげることができ、目的に応じてこれらの材料の中から適宜に選択される。【０００５】
一方、フリップチップ接続される半導体素子の多くは、半導体素子−基板間の熱膨張係数の違いによる応力を緩和するため、半導体素子−基板の隙間にアンダーフィル樹脂が注入されている。これにより、接続信頼性を確保することができる。このような実装構造は、例えば、特開平１１−２３３５５８号公報に開示されている。また、他の実装構造が特開平０８−２０３９６１号に開示され、図１に示されている。この実装構造では、基板１２６側の電極１２５に載せられた第１接着剤層１２３による低弾性率層の表面に導電性金属層１２４が形成され、この金属層１２４が、半導体素子１２０側の電極１２１と接続されている。この接続は、第２接着剤層１２２を用いて保たれる。【０００６】
さらに、特開２００１−１８５５７７号公報に開示される実装構造では、図２に示されるように、半導体パッケージ本体１３０の金属パッド１３１上にバンプ１３２が形成され、基板１３６の電極端子１３５にバンプ１３２よりも低融点の金属層１３４が形成され、バンプ１３２と電極端子１３５とが導電性接着剤層１３３を介して接続されている。また、特開２０００−０７７５５８号公報には、ＢＧＡ接続用電極を有する印刷配線基板が開示されている。絶縁基板に形成された貫通孔の一方側から導電性樹脂が充填され、貫通孔の他方側からその導電性樹脂と同じ材料で一体形成されたＢＧＡ接続用電極が設けられ、絶縁基板の少なくとも片面にソルダーレジストが形成されている。【０００７】
ところで、特開平１１−２３３５５８号公報に開示される半導体素子の実装構造では、半導体素子−基板間の熱膨張係数の違いにより、弾性率が高い半田バンプに加わる高い応力を緩和する目的で、半導体素子と基板の隙間にアンダーフィル樹脂が封入されている。しかし、樹脂封入前の工程において、バンプ接続部に集中的に応力がかかるため、製造工程における応力対策が必要となる。弾性率が高いＰｂフリー半田バンプが適用されたり、チップに機械的強度が低いＬｏｗ−ｋ膜（低誘電率膜）が使用される製品が増えてくると、この問題は一層深刻になる。また、アンダーフィル樹脂が封入された後においても、半田バンプの弾性率の方がアンダーフィル樹脂のそれよりはるかに高い。例えばＡｇ（３ｗｔ％（重量％））−Ｃｕ（０．５ｗｔ％）−Ｓｎ（残余）の半田バンプの弾性率は約４０ＧＰａ（Ｇｉｇａ  Ｐａｓｃａｌ）であるのに対し、アンダーフィル樹脂の弾性率は充填剤を混入して高弾性率化した場合でも１０ＧＰａ程度である。このため、弾性率の高い半田接続部分に依然として応力が集中して、繰返しの温度変化などにより、半田バンプやその接続部近傍のチップ、あるいは基板にクラックが発生し、結果的に接続信頼性が確保できなくなる場合がある。【０００８】
そこで、バンプ接合部の弾性率を下げる試みとして、特開平０８−２０３９６１号公報には、基板側は第１接着剤層１２３の低弾性率層の周囲に導電性金属層１２４が形成され、この導電性金属層１２４と半導体素子側の電極１２１とが第２接着剤層１２２で接続される構造が、図１に示されるように提案されている。この場合、弾性率の低い第１接着剤層１２３を使用することにより、バンプ接続部にかかる応力を低減することが可能となる。ただし、この方法の場合、半導体素子側のバンプ１２１と基板側の電極１２５との接続を第２接着剤層１２２で行なっているため、各電極１２１、１２５に供給される第２接着剤層１２２の量の厳密な制御が必要となる。第２接着剤層１２２が少ないとバンプ接続不良となり、多い場合は余剰の接着剤層がバンプ接続部からはみ出して広がり、結果として隣り合ったバンプ同士が接するショート不良に至る可能性が高い。また、半導体素子を実装する際に、半導体素子と基盤間にある程度荷重をかけて確実な接続を行なう必要があるが、荷重をかけた際に基板側に形成された第１接着剤層１２３が変形して広がり、ショート不良が発生しやすい構造である。以上の点から微細ピッチに対しては、さらに適用が困難になるという問題があり、特開平１１−２３３５５８に開示の技術と同様に、接続信頼性が低下する。【０００９】
また、特開２００１−１８５５７７号公報に開示されている図２の実装構造では、基板１３６の電極端子１３５にバンプ１３２よりも低融点の金属層１３４が形成され、バンプ１３２と電極端子１３５とが導電性接着剤層１３３を介して接続されている。従って、必要に応じて半導体パッケージ本体１３０を取除く場合、低融点の金属層１３４を溶融させるだけで簡単に半導体パッケージ本体１３０を取除けるので、リワークが容易になるという目的を達成することができる。この実装構造では、バンプ１３２と電極端子１３５とが導電性接着剤層１３３を介して接続されているので、接続の際にある程度時間をかけて導電性接着剤層１３３を硬化させる必要がある。また、導電性接着剤層１３３が硬化するまで半導体パッケージ本体１３０に荷重をかけて保持しておく必要がある。このようなプロセスを実施しないと接続性が低下するだけでなく、接続歩留りを含めて生産性が悪くなる。また、特開２０００−０７７５５８号公報には、ＢＧＡ接続用電極を有する印刷配線基板が開示されているだけで、半導体素子を基板にフリップチップ接続する実装構造は示されていない。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、フリップチップ接続により電子部品を基板に実装する場合、確実に接続信頼性を確保することができるようにした電子部品の実装構造及び実装方法、並びに電子部品実装用基板を提供する。
【００１１】
本発明の第１の観点では、第１電極パッドが設けられた電子部品と前記第１電極パッドに対応した第２電極パッドが設けられた基板とが、前記第１及び前記第２電極パッドが対向するように配置され、前記第１電極パッドの表面にはろう材突起部が形成されて、前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとが前記ろう材突起部及び前記第２電極パッドに接するように形成された導電性接着剤層を介して接続される電子部品の実装構造に係り、前記基板の表面には前記第２電極パッドの面積を決定する開口を有するソルダーレジストが形成され、前記第２電極パッドに接している前記導電性接着剤層が前記ソルダーレジストの表面から突出するように形成されるとともに、前記導電性接着剤層の弾性率が前記ソルダーレジストのそれよりも低いことを特徴としている。
【００１２】
本発明の第２の観点では、第１電極パッドが設けられた電子部品と、前記第１電極パッドに対応した第２電極パッドが設けられた基板とを、前記第１及び前記第２電極パッドが対向するように配置される。第１電極パッドと前記第２電極パッドとをろう付けにより接続する電子部品の実装方法では、第１電極パッドの表面にろう材突起部を形成する工程と、基板の表面に開口を有するソルダーレジストを形成した後、前記基板の表面に前記開口により面積を決定した前記第２電極パッドを形成する工程と、前記第２電極パッドに接して前記開口から前記ソルダーレジストの表面の一部まで延長し、かつ前記ソルダーレジストの表面から突出するように該ソルダーレジストよりも弾性率の低い導電性接着剤層を形成する工程と、前記基板上に前記電子部品を位置決めして搭載した後、前記ろう材突起部を溶融させて該ろう材突起部を前記導電性接着剤層に接続する工程とを含んでいる。
【００１３】
本発明の第３の観点では、第１電極パッドが設けられた電子部品と前記第１電極パッドに対応した第２電極パッドが設けられた基板とが、前記第１及び前記第２電極パッドが対向するように配置され、前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとがろう付けにより接続される電子部品実装用基板に係り、前記基板の表面には前記第２電極パッドの面積を決定する開口を有するソルダーレジストが形成され、前記第２電極パッドに接して前記ソルダーレジストの表面から突出するように導電性接着剤層が形成されるとともに、該導電性接着剤層の弾性率が前記ソルダーレジストのそれよりも低いことを特徴としている。
【００１４】
このように、本発明の構成によれば、導電性接着剤層６は、ソルダーレジスト８よりも弾性率が低く、さらにソルダーレジスト８の表面より突出していることにより、半導体素子１と基板２の熱膨張係数の違いにより発生する水平方向の熱歪みに対して、導電性接着剤層６が自由に変形することができ、高い応力緩和効果を発揮できる。また、導電性接着剤層６は、ソルダーレジスト８の開口８Ａよりも大きい面積で形成されて、導電性接着剤層６の端部６Ａがソルダーレジスト８の表面の一部と密着しているので、導電性接着剤層６の表面に金属層７を形成するメッキ工程において、メッキ液が導電性接着剤層６と電極パッド４の接合界面に浸透することがなくなる。このため、メッキ液の影響により生ずる導電性接着剤層６と電極パッド４の接合界面における密着力低下や導通抵抗上昇などの悪影響を抑制するので、接合界面において良好な導通を維持することが可能となり、メッキ液の選定自由度を増すことができるようになり、また導電性接着剤層６のソルダーレジスト８との接着面積が増えることにより、導電性接着剤層６の密着力を向上させることもできる。また、導電性接着剤層６の表面に金属層７を形成することにより、電子部品１と基板２の接続が半田接続となるため、電子部品１側の半田バンプ５が溶融し、基板２側の導電性接着剤層６の表面に形成された金属層７に濡れ広がる。従って、実装後に半田の表面張力により安定したバンプ形状となるばかりでなく、実装時に特に荷重をかける必要がないので、低弾性率の導電性接着剤層６が変形せず、バンプ間ショートが発生しにくいため、微細ピッチ化に対しても有効となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、従来の電子部品の実装構造を示す断面図である。
【図２】図２は、従来の電子部品の他の実装構造を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１による電子部品の実装構造を示す断面図である。
【図４】図４は、図３の一部の拡大構造を示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、電子部品の実装構造における導電性接着剤層の表面の導電粒子の表面に樹脂層が形成された状態を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、電子部品の実装構造における導電性接着剤層の表面の状態を示す模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、電子部品の実装構造における導電性接着剤層の表面と金属層の密着状態を示す図である。
【図６】図６Ａ〜６Ｃは、本発明の実施形態２による電子部品の実装構造に用いられる基板及びその製造方法を工程順に示す工程図である。
【図７】図７Ａ〜７Ｅは、本発明の実施形態３による電子部品の実装方法を工程順に示す工程図である。
【図８】図８Ａと図８Ｂは、本発明の実施形態４による電子部品の実装方法を工程順に示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、本発明による電子部品の実装構造を説明する。
本発明の電子部品の実装構造１０では、電極パッド３が設けられた半導体素子（電子部品）とその電極パッド３に対応した電極パッド４が設けられた基板２とが、各電極パッド３、４が対向するように配置される。電極パッド３の表面には半田バンプ５が形成され、電極パッド３と電極パッド４とが導電性接着剤層６を介して半田バンプ５及び電極パッド４に接するように、接続される。基板２の表面には電極パッド４の面積を制限する開口８Ａを有するソルダーレジスト８が形成され、導電性接着剤層６がソルダーレジスト８の表面から突出するように形成されている。導電性接着剤層６の弾性率はソルダーレジスト８のそれよりも低くなっている。また半田バンプ５と導電性接着剤層６とが金属層７を介して接続され、さらに導電性接着剤層６はソルダーレジスト８の開口８Ａよりも大きい面積で形成されて、導電性接着剤層６の端部６Ａがソルダーレジスト８の表面の一部と密着している。
【００１７】
図３は、本発明の実施形態１による電子部品の実装構造を示す断面図である。図４は、図３の一部の拡大断面図である。図５Ａは、電子部品の実装構造における導電性接着剤層の表面の導電粒子の表面に樹脂層が形成された状態を示す図、図５Ｂは電子部品の実装構造における導電性接着剤層の表面の状態を示す図、図５Ｃは電子部品の実装構造における導電性接着剤層の表面と金属層の密着状態を示す図である。
図３を参照して、実施形態１の電子部品の実装構造１０では、例えばＡｌ製の第１電極パッド３が設けられた半導体素子（電子部品）１と、第１電極パッド３に対応した例えばＣｕ製の第２電極パッド４が設けられた基板２とが、第１電極パッド３及び第２電極パッド４が対向するように配置される。第１電極パッド３の表面には半田バンプ（導電性ろう材突起部）５が形成され、導電性接着剤層６を介して第１電極パッド３と第２電極パッド４とが半田バンプ５及び第２電極パッド４に接するように形成されている。また、基板２の表面には第２電極パッド４の面積を制限する開口８Ａを有するソルダーレジスト８が形成され、第２電極パッド４に接している導電性接着剤層６がソルダーレジスト８の表面から突出するように形成されている。また、導電性接着剤層６の弾性率がソルダーレジスト８のそれよりも低い。また、半田バンプ５と導電性接着剤層６とが金属層７を介して接続されている。さらに、図４に示されるように、導電性接着剤層６はソルダーレジスト８の開口８Ａよりも大きい面積を持つように形成され、導電性接着剤層６の端部６Ａがソルダーレジスト８の表面の一部と密着するように形成されている。
【００１８】
ここで、上述したように、基板２の表面の第２電極パッド４の面積は、基本的にはソルダーレジスト８の開口８Ａにより決定されるが、場合によっては、第２電極パッド４の面積と開口８Ａのそれとは一致せずに、第２電極パッド４の面積が開口８Ａの面積より小さい場合もある。
【００１９】
半田バンプ５の具体的な材料としては、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｚｎ、Ｓｎ／Ｂｉ、及びこれらの材料に特定の添加元素として、例えば、Ｎｉ、Ｇｅなどをさらに加えた材料をあげることができ、これらが適宜用いられる。半田バンプ５の形成方法としては、フラックスを含んだ半田ペーストをメタルマスクを使用して電極パッド３上に印刷し、リフローした後にフラックス洗浄する方法がある。あるいは、電極パッド３上に塗布したフラックスに半田ボールを転写し、半田がリフローした後にフラックス洗浄を行なう方法でもよい。基板２の表面には、上述したように電極パッド４の形成部分を除き、ソルダーレジスト８が、１５〜４０μｍの厚さで形成されている。ソルダーレジスト８は、半田付けが不要な箇所をマスクして半田が広がるのを防止する役割があり、実施形態１の実装構造のように、半田バンプ５を使用して接続を行う場合には、隣接した半田バンプ５同士のショートを防ぐ上で重要である。
【００２０】
ソルダーレジスト８の材料としては、熱硬化性のエポキシ樹脂が一般的に使用される。ソルダーレジスト８の形成方法の一例では、液状のソルダーレジスト８がスクリーン印刷法などにより基板２の表面に塗布され、露光、現像されて電極パッド部分を開口する。その後、ＵＶ硬化、あるいは加熱硬化によってソルダーレジスタは形成される。ソルダーレジスト８の弾性率は、材料の種類によって異なるが、２〜３ＧＰａが一般的である。基板２の電極パッド４上には、上述したように導電性接着剤層６が形成されている。導電性接着剤層６の形成方法の一例では、メタルマスクを用いた印刷法によって、電極パッド４上に導電性接着剤層６が選択的に印刷形成された後、所定の条件により硬化される。
【００２１】
導電性接着剤層６は電極パッド４と強く密着していることが望ましく、使用される導電性樹脂は可能な限り高密着性なものを選定すべきである。また密着強度を確保する手段として、電極パッド４の表面を数ミクロン程度、粗化しておくことも効果的である。また、導電性接着剤層６は、ソルダーレジスト８よりも弾性率が低く、さらにソルダーレジスト８の表面より突出している必要がある。導電性接着剤層６には半導体素子１と基板２の熱膨張係数の違いにより発生する熱応力を緩和する役目があり、ソルダーレジスト８よりも弾性率が低く、さらにソルダーレジスト８の表面より突出させられている。こうして、半導体素子１と基板２の熱膨張係数の違いにより発生する水平方向の熱歪みに対して、導電性接着剤層６が自由に変形することができ、高い応力緩和効果が発揮される。ソルダーレジスト８の表面からの導電性接着剤層６の突出量は、第２電極パッド４の面積に応じて変化させることが望ましい。その理由は、突出量が低いと応力緩和効果を得にくく、逆に高いと生産性に優れた効率的なバンプ電極形成が難しくなるためである。
【００２２】
例えば、第２電極パッド４の平面形状が略円形状であるとすると、ソルダーレジスト８の表面からの導電性接着剤層６の突出量は、第２電極パッド４の直径に対して１０〜５０％に選ぶことが望ましい。ここで、第２電極パッド４の直径は、ベアチップの例では０．０８〜０．１５ｍｍ、ＣＳＰの例では０．１５〜０．３ｍｍ、ＢＧＡの例では０．４〜０．６ｍｍが選ばれる。
【００２３】
また、ソルダーレジスト８の表面上に形成される導電性接着剤層６の部分の形状は、図４に示されるように、ソルダーレジスト８の開口８Ａよりも大きい面積を持つように形成される。導電性接着剤層６の端部６Ａがソルダーレジスト８の表面の一部と密着していることが重要である。導電性接着剤層６の端部６Ａがソルダーレジスト８の表面の一部と密着していることにより、後述するように、導電性接着剤層６の表面に金属層７を形成するメッキ工程において、メッキ液が導電性接着剤層６と電極パッド４の接合界面に浸透することがなくなる。このことは、メッキ液の影響により生ずる導電性接着剤層６と電極パッド４の接合界面における密着力の低下や導通抵抗の上昇などの悪影響の抑制に効果的であり、導電性接着剤層６と電極パッド４との接合界面において良好な導通を維持することが可能となる。このため、メッキ液の選定自由度を増すことができるようになる。さらには、導電性接着剤層６のソルダーレジスト８との接着面積が増えることにより、導電性接着剤層６の密着力を向上させることもできる。
【００２４】
ここで、導電性接着剤層６の面積は、基板２側の電極パッド４の面積（すなわち、略ソルダーレジスト８の開口８Ａの面積に相当）に対して、略１．５倍以内が目安となる。導電性接着剤層６と電極パッド４の接合界面保護の観点からは、ソルダーレジスト８の表面と導電性接着剤層６の接着面積が広いほどよい。しかし、広過ぎる場合には、隣接している半田バンプ５同士のショート不良が発生する恐れがある。また、この点の対策として、基板２側の電極パッド４の面積を半導体素子１側の電極パッド３のそれよりも小さく設計しておき、導電性接着剤層６の面積が電子部品側パッド３の面積と略等しくなるようにすることで、隣接バンプとのショート不良を改善することが可能となる。この場合の基板側電極パッド４の面積は、電子部品側パッド３の面積の約０．６倍以上である。基板側パッド４の面積を小さくし過ぎると、導通部分の面積が減少することになり、導電性が低下する。本構造を実現する一例として、メタルマスクによる導電性接着剤層６の形成時において、メタルマスクの開口径の面積をソルダーレジスト８の開口径のそれよりも大きく設計しておけばよい。
【００２５】
一般的には、電子部品側パッド３の面積と基板側パッド４のそれとは基本的に略等しく形成される。それぞれのパッド３，４の平面形状が略円形状に形成されるとすると、各パッド３、４の直径は、前述したようにベアチップの例では０．０８〜０．１５ｍｍ、ＣＳＰの例では０．１５〜０．３ｍｍ、ＢＧＡの例では０．４〜０．６ｍｍ程度である。
【００２６】
また、導電性接着剤層６の弾性率をソルダーレジスト８の弾性率より小さくする手段としては、シリコーン系の樹脂を基材として用いることが望ましい。シリコーン系樹脂を使用すると、導電性接着剤層６を低弾性とすることができ、半田リフロー時の温度条件に対する耐熱性がある。エポキシ系樹脂と比較した場合、シリコーン系樹脂は、低弾性率であることによる低応力効果が高いことはもちろんであるが、伸びやすい特性があるので、半導体素子１が大型化して、半導体素子１と基板２の熱膨張係数の違いから生じる熱歪が大きくなった場合でも、導電性接着剤層６が変形して追従し、バンプ接続を維持することが可能である。この点で、エポキシ系樹脂の場合、伸びにくいので、大きくなった熱歪に追従できず、接合不良に至る可能性がある。特に半田バンプ５のリフロー工程においては、エポキシ系樹脂のガラス転移温度をはるかに超えた温度で熱歪が生じるので、エポキシ系樹脂自身の強度はもちろんのこと、電極パッド４との接着性も低下しており、接合不良が生じやすい。すなわち、シロキサン骨格を有するシリコーン系樹脂は、エポキシ系樹脂と比較して、大幅な低弾性率化が可能であるだけでなく、伸びやすいので変形が可能であり、かつ耐熱性、耐候性、化学的安定性などに優れている特長を備えている。
【００２７】
しかしながら、シリコーン系樹脂の低弾性率や良好な伸び特性とエポキシ系樹脂の高密着性を両立させることを目的に、エポキシ系樹脂とシリコーン系樹脂のハイブリッド樹脂（混合樹脂）を用いることも効果的である。導電性接着剤層６には様々な金属フィラー（金属粒子）が添加されることができる。材料では導電性に優れるＡｇが一般的であるが、Ｃｕなどを用いることも可能である。粒子のサイズは１μｍ前後、形状は球形やフレーク状を例としてあげることができるが、これに限定されない。金属フィラーの充填量は５０〜９０ｗｔ％程度であるが、導電率や弾性率を考慮して決定することが望ましい。一例として、シリコーン系樹脂から成る導電性接着剤層の弾性率は、金属フィラーを８０〜８５ｗｔ％添加した場合でも、０．１ＧＰａ以下の低弾性率を実現することができる。
【００２８】
次に、導電性接着剤層６の表面に形成される金属層７については、導電性接着剤層６の表面にＮｉ層が、さらにＮｉ層表面にＡｕ層が形成されている多層構造が望ましい。導電性接着剤層６中に含まれているＡｇなどの金属粒子が半田バンプ５中に含まれているＳｎに取り込まれて消失し、導電性接着剤層６中の金属粒子密度が低下することにより引き起こされる導通不良を、Ｎｉ層はバリア層として防止する役割がある。Ｎｉ層の厚さは３μｍ程度である。Ａｕ層に関しては、半導体素子１と基板２を接続する際に、半田バンプ６と金属層７の濡れ性を良好に保つ役割もある。Ａｕ層の厚さに関しては、０．０２〜０．０５μｍの範囲があげられる。
【００２９】
金属層７の形成方法の一例としては、無電解メッキにより形成することが可能である。この際に重要な点として、通常、導電性接着剤層６を硬化したのみの状態では、図５Ａに示されるように、導電粒子１１の表面には、樹脂層１２の薄膜が形成され、無電解メッキによる金属層７の良好な形成が困難である。また、金属層７が形成できたとしても、樹脂層１２の薄膜の影響で良好な導通が得られない。そこで、図５Ｂに示されるように、少なくとも樹脂最外層１３よりも突出した導電粒子１１の表面の樹脂層１２を除去することにより、導電粒子１１を露出させることが望ましい。この状態で無電解メッキ処理を行うことにより、図５Ｃに示されるように、導電粒子１１の表面と金属層７を直接密着させることが可能となり、強固で安定した金属層の形成及び良好な導通を得ることが可能となる。
【００３０】
導電粒子１１を露出させる方法の例としては、導電性接着剤層６の表面に対して適正な条件のアルゴンや酸素によるプラズマ処理を施したり、酸やアルカリの薬液に適正な時間浸漬させるなどがあげられる。半田バンプ５は、金属層７表面全体を覆うように濡れ広がって強固に接続されており、半導体素子１と基板２の電極パッド３、４間は低応力かつ良好な電気的導通を得ることができる。なお、前述した通り、半田バンプ５は、金属層７の表面全体を覆うように濡れ広がっているので、半導体素子１と基板２の接続部外観は、半田バンプ５のみが見えており、導電性接着剤層６の部分は半田バンプ５内部に隠れて見えない構造となっている。従って、半田バンプ５の接続後にフラックス洗浄が必要な場合であっても、導電性接着剤層６は半田バンプ５で覆われており、露出していないため、洗浄液などに触れることがなく高信頼性が確保しやすい。
【００３１】
さらに、半田バンプ５のピッチが微細である場合などは、半田バンプ５の接続部を保護する目的で、後述するように、接続部の周囲、つまり半導体素子１と基板２との間の隙間に絶縁樹脂層１４を封入することが望ましい。絶縁樹脂層１４は、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、フルオレン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂を使用可能であるが、特に上記の材料に限定されるものではない。これらを１種あるいは２種以上組み合わせて用いることもできる。粘度、コスト、耐熱性、接着性などの面に優れるエポキシ樹脂が一般に用いられるが、２５°Ｃ程度の室温において液状である樹脂が望ましい。この場合、導電性接着剤層６の弾性率が絶縁樹脂層１４の弾性率より低いことが望ましい。導電性接着剤層６の弾性率をそのように低く抑えることにより、電極接続部にかかる応力を抑えることが可能となり、接続信頼性が向上する。さらに絶縁樹脂層１４にはシリカなどの無機フィラーやアクリル、シリコーンなどの有機フィラーが添加され、熱膨張係数や弾性率、熱時物性などを調整することができる。
【００３２】
このように、実施形態１の電子部品の実装構造１０によれば、電極パッド３が設けられた半導体素子（電子部品）とその電極パッド３に対応した電極パッド４が設けられた基板２とが、各電極パッド３、４が対向するように配置される。電極パッド３の表面には半田バンプ５が形成されて、電極パッド３と電極パッド４とが半田バンプ５及び電極パッド４に接するように形成された導電性接着剤層６を介して接続される。基板２の表面には電極パッド４の面積を制限する開口８Ａを有するソルダーレジスト８が形成され、導電性接着剤層６がソルダーレジスト８の表面から突出するように形成されている。また、導電性接着剤層６の弾性率がソルダーレジスト８のそれよりも低くなっており、また半田バンプ５と導電性接着剤層６とが金属層７を介して接続され、さらに導電性接着剤層６はソルダーレジスト８の開口８Ａよりも大きい面積を持つように形成されている。こうして、導電性接着剤層６の端部６Ａがソルダーレジスト８の表面の一部と密着しているので、半導体素子１と基板２の熱膨張係数の違いにより発生する高い応力を緩和することができる。したがって、フリップチップ接続により電子部品を基板に実装する場合、接続信頼性を確保することができる。
【００３３】
図６Ａ〜６Ｃは、本発明の実施形態２による電子部品の実装構造に用いる基板及びその製造方法を工程順に示す工程図である。
まず、図６Ａに示されるように、基板２を用意する。基板２は既に電極パッド４やソルダーレジスト８が形成されたものでよい。導電性接着剤層６の密着強度を向上する目的で、電極パッド４の表面を数ミクロン程度、粗化することが望ましい。基板材料は特に制約がなく、ビルドアップ基板でもよいし、セラミック基板でもよい。
【００３４】
続いて、図６Ｂに示されるように、基板２の電極パッド４上にメタルマスクを用いた印刷法により、導電性接着剤層６が供給される。この際、メタルマスクの開口面積をソルダーレジスト８の開口８Ａの面積よりも大きくなるように設計しておく。ソルダーレジスト８の表面上に形成された導電性接着剤層６の端部６Ａは、ソルダーレジスト８の開口８Ａよりも大きく形成され、導電性接着剤層６の一部がソルダーレジスト８の表面と密着していることが望ましい。次に、使用された導電性接着剤層６に適した硬化条件に従い、導電性接着剤層６の硬化を行う。硬化に際してはオーブンやホットプレートなどを用いることができる。
【００３５】
次に、図６Ｃに示されるように、導電性接着剤層６の表面に金属層７が無電解メッキにより形成される。これは、導電性接着剤層６の表面の導電粒子の表面の樹脂層を除去することで導電粒子を露出させ、導電性接着剤層６の表面への無電解メッキ形成能を向上させる。他に、導電性接着剤層６の表面にプラズマ処理を施したり、酸やアルカリの薬液に浸漬させることで、導電性接着剤層６の表面の金属粒子を露出させることができる。このメッキの前処理条件は、使用される導電性接着剤層６によって適正条件に差があるので、使用される導電性接着剤層６に合わせた前処理条件の調整が必要となるが、メッキ形成能が確保できれば、前処理時間はなるべく短い方がよい。この後、Ｎｉメッキ、Ａｕメッキの順にめっきが行われ、金属層７を形成する。こうして、通常の無電解メッキプロセスを使用することで、金属層７を形成することが可能である。以上によって、図３の電子部品の実装構造１０に用いられる本実施形態２による基板２が完成する。
【００３６】
このように、本実施形態２による実装構造で使用される基板２に関して、半田バンプ５の接続部の応力緩和が可能で、かつ電極パッド４の微細ピッチ化にも対応可能な実装構造を実現することができる。
【００３７】
図７Ａ〜７Ｅは、この実施形態３による電子部品の実装方法を工程順に示す工程図である。以下、同図を参照して工程順に説明する。
まず、図７Ａに示されるように、予め図６Ａ〜６Ｃの方法によって、電極パッド４の表面に導電性接着剤層６が形成され、導電性接着剤層６の表面に金属層７が形成されている基板２を準備する。
【００３８】
続いて、図７Ｂに示されるように、予め半田バンプ５が形成された半導体素子１を準備する。半田バンプ５の形成方法は、メタルマスクを用いて半田ペーストを電極パッド３上に印刷し、リフロー後にフラックス洗浄する方法がある。他の方法としては、スクリーンマスクなどによってフラックスを供給した半導体素子１の電極パッド３上に所定のサイズの半田ボールを転写した後にリフローし、フラックスを洗浄する方法でもよい。続いて半田バンプ５にフラックス９を塗布する。フラックス９の塗布方法としては、スキージなどを用いて所定の厚さに形成したフラックス９に半田バンプ５を転写する方法が一般的であるが、特にこの方法には限定されない。また、ここでは、半導体素子１の半田バンプ５にフラックス塗布した例を示しているが、基板２側にフラックス転写してもよい。
【００３９】
続いて、図７Ｃに示されるように、半導体素子１の電極パッド３面を基板２の電極端子４面と対向させて位置合わせした後、半導体素子１を基板２上に搭載し、半導体素子１側の半田バンプ５を溶融させて基板２側の金属層７に濡れ広げることで半導体素子１と基板２の接続が完了する。ここで半田バンプ５をリフローする方法としては、リフロー炉などを用いて全体加熱でも可能であるが、半導体素子１側のみからの部分加熱により、基板２の温度がなるべく上がらないようにする方法が望ましい。これは、熱膨張係数の大きい基板２側の温度上昇を抑えることにより、実装時の熱応力を低減し、実装後の反りが小さく接続信頼性の高い実装品を得ることができるからである。具体的には、半導体素子１を基板２上に搭載する際には、半導体素子実装用マウンタに備え付けられているパルスヒータを利用することで半導体素子１を加熱し、基板２を設置するマウンタステージは少なくとも半導体素子１側より低い温度設定にしておく方法があげられる。なお全体加熱、部分加熱にかかわらず、リフローは窒素のような不活性雰囲気で実施する方が半田バンプの濡れ性がよい。
【００４０】
続いて、図７Ｄに示されるように、半導体素子１と基板２の隙間に残ったフラックスを洗浄する。フラックス洗浄に関しては、一般的な半田接続後の洗浄に用いるフラックス洗浄液（例えば、パインアルファ  荒川化学工業株式会社製）を用いることができる。半田バンプ５は、金属層７の表面全体を覆うように濡れ広がっているので、半導体素子１と基板２の接続部外観は、半田バンプ５のみが見えており、導電性接着剤層６の部分は半田バンプ５の内部に隠れた構造となっている。従って、接続部は半田バンプ５のみが洗浄液と触れることとなり、導電性接着剤層６の部分は洗浄液に触れることがないので、洗浄液を限定する必要がない。
【００４１】
最後に、図７Ｅに示されるように、基板２をベークなどにより、十分に乾燥させた後、毛細管現象を利用して絶縁樹脂を半導体素子１と基板２の隙間に充填（封入）して絶縁樹脂層１４を形成する。このとき使用する絶縁樹脂の粘度特性や硬化特性に合わせて６０〜１００℃程度に加熱することで、ボイドのないスムーズな充填を行うことができる。絶縁樹脂層１４を形成後、オーブンなどを用いて絶縁樹脂層１４を硬化させることにより、図３に示召される電子部品の実装構造１０が完成する。
【００４２】
このように、本実施形態３による電子部品の実装方法によれば、接続信頼性に富んだ電子部品の実装構造１０を容易に実現することができる。
【００４３】
図８Ａと８Ｂは、本発明の実施形態４による電子部品の実装方法を工程順に示す工程図である。本実施形態の電子部品の実装方法が、上述の実施形態３のそれと大きく異なるところは、半導体素子と基板を準備した後、基板側に絶縁樹脂を供給するようにした点である。
この実施形態の電子部品の実装方法は、図８Ａに示されるように、まず、電極パッド３上に半田バンプ５を形成した半導体素子１と、図６Ａ〜６Ｃの方法により、電極パッド４の表面に導電性接着剤層６が形成され、導電性接着剤層６の表面に金属層７が形成されている基板２を準備する。続いて、基板２側に絶縁樹脂１４Aを供給する。
ここで絶縁樹脂１４Aは、酸化膜除去作用を含んでいることが望ましい。これにより、半導体素子１側の半田バンプ５と基板２側の金属層７の接続時において、半田バンプ５の表面の酸化膜を除去し、半田バンプ５と金属層７との接続性を向上させることができる。絶縁樹脂１４Ａに酸化膜除去作用を与えるには、（メタ）アクリル酸、マレイン酸などの不飽和酸、蓚酸、マロン酸などの有機二酸、クエン酸などの有機酸をはじめ、炭化水素の側鎖に、ハロゲン基、水酸基、ニトリル基、ベンジル基、カルボキシル基などを少なくとも１つ以上添加することにより可能である。これらの添加剤を３〜１０ｗｔ％加えてもよいし、他の方法としては、エポキシ樹脂の硬化剤と主剤の反応時に生成される前記物質を利用して、酸化膜除去を行なうことも可能である。エポキシ樹脂の主剤と硬化剤の混合比は、主剤６０〜９０ｗｔ％に対して、硬化剤１０〜４０ｗｔ％が望ましい。
【００４４】
続いて、図８Ｂに示されるように、半導体素子１の電極パッド３面を基板２の電極端子４面と対向させて位置合わせした後、半導体素子１を基板２上に搭載する。その後加熱を行ない、半田バンプ５を溶融させ、基板２側の金属層７に半田バンプ５を濡れ広げさせて接続する。その後、絶縁樹脂１４Ａを硬化させて絶縁樹脂層１４を形成する。このとき、図７Ａ〜７Ｅを参照して説明されたプロセスと同様に、半導体素子１側のみからの部分加熱により、基板２の温度がなるべく上がらないようにする方法が望ましい。前記した理由と同様である。以上の方法により、図３に示される電子部品の実装構造１０が完成する。
【００４５】
このように、本実施形態４による電子部品の実装方法によっても、電子部品１と基板２間に絶縁樹脂１４Ａを供給し、その後これを硬化させて絶縁樹脂層１４を形成する点が異なるだけで、上述の実施形態３と略同様な効果を得ることができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても本発明に含まれる。例えば、実施形態では電子部品として半導体素子を用いる例で説明したが、電子部品としてはこれに限らずキャパシタ、インダクタなどの受動素子も含めた他の素子に対しても同様に適用することができる。また、ろう材突起部としては実施形態で例示した各種の材料の中から、目的に応じて任意のものを選択することができる。また、電子部品側電極パッド及び基板側電極パッドの形状は、ともに平面形状が略円形状に形成される例で説明したが、これらの例に限らずに楕円形状などの他の任意の形状に選ぶこともできる。
【００４７】
本出願は、２００８年１月３０日に出願された日本国特許出願２００８−０１９９６６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
0005510795.tif 000002
【図２】
0005510795.tif 000003
【図３】
0005510795.tif 000004
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
0005510795.tif 000007
【図５Ｃ】
0005510795.tif 000008
【図６】
0005510795.tif 000009
【図７】
0005510795.tif 000010
【図８】
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