(57)【要約】【課題】チップの更なる高集積化に対応することができる実装構造体を提供する。【解決手段】実装構造体１０には、実装基板２０と、実装基板２０に実装されたチップ３０と、実装基板２０のチップ３０と対向する面とチップ３０の実装基板２０と対向する面との間で、実装基板２０とチップ３０とを電気的に接続する導電性ナノワイヤ４０と、導電性ナノワイヤ４０を覆う樹脂５０と、が含まれる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、
前記実装基板に実装されたチップと、
前記実装基板の前記チップと対向する面と前記チップの前記実装基板と対向する面との間で、前記実装基板と前記チップとを電気的に接続する導電性ナノワイヤと、
前記導電性ナノワイヤを覆う樹脂と、
を有することを特徴とする実装構造体。
【請求項２】
前記実装基板の前記チップと対向する面と前記チップの前記実装基板と対向する面との間の隙間を埋めるアンダーフィルを有することを特徴とする請求項１に記載の実装構造体。
【請求項３】
前記導電性ナノワイヤは半導体を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の実装構造体。
【請求項４】
前記導電性ナノワイヤは半導体及び金属の化合物を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の実装構造体。
【請求項５】
前記実装基板の基板材料と前記チップの基板材料とが相違していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の実装構造体。
【請求項６】
前記チップは赤外線検知器を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の実装構造体。
【請求項７】
前記実装基板は前記赤外線検知器からの信号を読み出す読み出し回路を有することを特徴とする請求項６に記載の実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ実装では、実装基板とチップとの接続に金属バンプが用いられる。フリップチップ実装によれば、ボンディングワイヤを用いる実装と比べて微細化が可能である。
【０００３】
しかしながら、金属バンプの微細化に限界があり、単位面積当たりの金属バンプの数にも限界がある。チップとして赤外線検知器が用いられる場合、赤外線検知器の画素を微細化できても、金属バンプを微細化できなければ、単位面積当たりの画素数は単位面積当たりの金属バンプの数により制限されてしまう。つまり、金属バンプを用いたフリップチップ実装では、チップの更なる高集積化に対応することができない。
【０００４】
カーボンナノチューブ等のナノワイヤにより２つの回路層を接続した回路デバイスが提案されているが、ナノワイヤをそのままフリップチップ実装の実装構造体に適用したのでは、十分な特性を確保することができない。特に、チップとして赤外線検知器が用いられる場合、赤外線検知器と実装基板との間で熱膨張率が大きく相違し、赤外線検知器が冷却して使用されるため、ナノワイヤに大きな熱応力が作用し、破断等の故障が生じることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２２８２４号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１６３３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Infrared Physics & Technology 52 (2009) 395-398
【非特許文献２】Electronic Components & Technology Conference (2014) 2303-2307
【非特許文献３】Electronic Components & Technology Conference (2015) 597-602
【非特許文献４】Infrared Physics & Technology 52 (2009) 385-390
【非特許文献５】河口他、第７４回応用物理学会秋季学術講演会  講演予稿集（2013年）18p-C-11
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、チップの更なる高集積化に対応することができる実装構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実装構造体の一態様には、実装基板と、前記実装基板に実装されたチップと、前記実装基板の前記チップと対向する面と前記チップの前記実装基板と対向する面との間で、前記実装基板と前記チップとを電気的に接続する導電性ナノワイヤと、前記導電性ナノワイヤを覆う樹脂と、が含まれる。
【発明の効果】
【０００９】
上記の実装構造体等によれば、適切な導電性ナノワイヤ及び樹脂が含まれるため、チップの更なる高集積化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る実装構造体を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る実装構造体を示す図である。
【図３Ａ】第１の実施形態に係る実装構造体を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに引き続き、実装構造体を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る実装構造体を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る実装構造体を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、赤外線検知器を備えた実装構造体の一例である。図１及び図２は、第１の実施形態に係る実装構造体を示す図である。図１（ａ）では、アンダーフィルを省略している。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、第１の実施形態に係る実装構造体１０には、実装基板２０、及び実装基板２０に実装された赤外線検知器３０が含まれる。図２（ｂ）に示すように、実装構造体１０には、実装基板２０の赤外線検知器３０と対向する面と赤外線検知器３０の実装基板２０と対向する面との間で、実装基板２０と赤外線検知器３０とを電気的に接続する半導体ナノワイヤ４０、及び半導体ナノワイヤ４０を覆う樹脂５０も含まれる。赤外線検知器３０はチップの一例であり、実装基板２０は赤外線検知器３０から出力された信号を読み出す信号読み出し回路を含む。実装構造体１０には、実装基板２０の赤外線検知器３０と対向する面と赤外線検知器３０の実装基板２０と対向する面との間の隙間を埋めるアンダーフィル６０も含まれる。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、赤外線検知器３０には、複数の画素３１が複数配列している。画素３１の数は限定されず、例えば数百×数百以上の画素３１が配列していてもよい。赤外線検知器３０では、図２（ａ）に示すように、基板３２上にバッファ層３３が設けられ、画素３１毎に、バッファ層３３上に、コンタクト層３４、赤外線吸収層３５、コンタクト層３６、下部電極３７及び上部電極３８が設けられている。基板３２、バッファ層３３、コンタクト層３４、赤外線吸収層３５、コンタクト層３６、下部電極３７及び上部電極３８の材料は限定されない。基板３２として、ＧａＡｓ基板及びＩｎＰ基板等の化合物半導体基板が例示される。Ｓｉ基板が用いられてもよい。赤外線吸収層３５には、例えば、量子井戸、量子細線又は量子箱を構成する化合物半導体層が含まれる。赤外線吸収層３５に、特定の波長の光を吸収するバルク半導体が含まれていてもよい。赤外線検知器の例が非特許文献４に記載されている。
【００１５】
図２（ｂ）に示すように、実装基板２０には、信号読み出し回路を含む回路部２１及び導電性パッド２２が含まれる。導電性パッド２２は上部電極３８に対向しており、上部電極３８と導電性パッド２２とが半導体ナノワイヤ４０を介して電気的に接続されている。半導体ナノワイヤ４０は不純物を含んでおり、例えば、半導体ナノワイヤ４０の抵抗値は１ＭΩ以下である。半導体ナノワイヤ４０は、例えば、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｓ又はＺｎを不純物として含むＩｎＰナノワイヤである。半導体ナノワイヤ４０は導電性ナノワイヤの一例である。導電性パッド２２の材料としては、比較的軟かい金属が好ましい。Ｉｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＳｎ等の単体金属、並びにＡｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ及びＩｎ−Ａｇ等の合金が例示される。
【００１６】
第１の実施形態に係る実装構造体１０では、上部電極３８と導電性パッド２２とが半導体ナノワイヤ４０を介して電気的に接続されている。半導体ナノワイヤ４０の直径がＩｎバンプ等の金属バンプの直径より極めて小さいため、金属バンプを用いる場合と比較して、単位面積当たりの数を大きくすることができる。従って、赤外線検知器３０の更なる高集積化に対応することができる。
【００１７】
また、各半導体ナノワイヤ４０が樹脂５０により覆われているため、十分な強度を確保することができる。赤外線検知器３０の使用時に実装基板２０と赤外線検知器３０との間の熱膨張率の相違に起因する応力が半導体ナノワイヤ４０に作用したとしても、応力に伴う半導体ナノワイヤ４０の破断を抑制することができる。更に、アンダーフィル６０により封止されているため、より高い強度が得られる。なお、金属バンプを用いた実装構造体では、金属バンプ間の隙間が小さく、この隙間をアンダーフィルで封止することは困難である。
【００１８】
実装基板２０の基板がＳｉ基板であり、赤外線検知器３０の基板がＧａＡｓ基板である場合、赤外線検知器３０の熱膨張率は実装基板２０の熱膨張率の２．７倍程度である。実装基板２０の基板がＳｉ基板であり、赤外線検知器３０の基板がＩｎＰ基板である場合、赤外線検知器３０の熱膨張率は実装基板２０の熱膨張率の１．７倍程度である。従って、第１の実施形態によれば、赤外線検知器３０の熱膨張率が実装基板２０の熱膨張率の１．７倍〜２．７倍程度であっても、熱膨張率の相違に起因する故障を抑制することができる。
【００１９】
第１の実施形態に係る実装構造体１０は、例えば赤外線撮像装置として用いることができる。
【００２０】
次に、第１の実施形態に係る実装構造体１０を製造する方法について説明する。図３Ａ乃至図３Ｂは、第１の実施形態に係る実装構造体１０を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【００２１】
先ず、図３Ａ（ａ）に示すように、赤外線検知器３０を準備する。次いで、赤外線検知器３０上に、上部電極３８を露出する開口部７１を備えた成長マスク７０を形成する。成長マスク７０として、例えばシリコン酸化膜を形成し、開口部７１は、例えば電子線（electron beam：ＥＢ）リソグラフィにより形成することができる。
【００２２】
次いで、図３Ａ（ｂ）に示すように、開口部７１を貫通する半導体ナノワイヤ４０を上部電極３８から成長させる。半導体ナノワイヤ４０は、例えば有機金属気相成長（metal-organic vapor phase epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法により成長させることができる。半導体ナノワイヤを成長させる方法の例が非特許文献５に記載されている。
【００２３】
その後、図３Ａ（ｃ）に示すように、成長マスク７０を除去する。
【００２４】
続いて、図３Ａ（ｄ）に示すように、半導体ナノワイヤ４０を覆う樹脂５０を形成する。樹脂５０の形成では、例えば、半導体ナノワイヤ４０を埋めるように感光性樹脂を基板３２上に塗布し、感光性樹脂の露光及び現像を行う。
【００２５】
次いで、図３Ａ（ｅ）に示すように、プラズマ処理により樹脂５０の先端を除去し、樹脂５０から半導体ナノワイヤ４０の先端を露出させる。
【００２６】
その後、図３Ｂ（ｆ）に示すように、半導体ナノワイヤ４０の先端が導電性パッド２２に対向するように、赤外線検知器３０を実装基板２０の上方に配置する。
【００２７】
続いて、図３Ｂ（ｇ）に示すように、赤外線検知器３０を実装基板２０に押し付け、半導体ナノワイヤ４０の先端を導電性パッド２２に差し込む。
【００２８】
次いで、図３Ｂ（ｈ）に示すように、実装基板２０の赤外線検知器３０と対向する面と赤外線検知器３０の実装基板２０と対向する面との間にアンダーフィル６０を注入し、アンダーフィル６０を硬化させる。アンダーフィル６０は、赤外線検知器３０及び半導体ナノワイヤ４０に熱の影響が及ばない程度の温度で硬化させる。
【００２９】
このようにして、第１の実施形態に係る実装構造体１０を製造することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、赤外線検知器を備えた実装構造体の一例である。図４は、第２の実施形態に係る実装構造体を示す図である。
【００３１】
第２の実施形態に係る実装構造体１１０には、図４に示すように、第１の実施形態の半導体ナノワイヤ４０に代えて化合物ナノワイヤ１４０が含まれる。他の構成は第１の実施形態と同様である。化合物ナノワイヤ１４０は、半導体と金属との化合物を含む。例えば、化合物ナノワイヤ１４０の抵抗値は０．１ＭΩ以下である。化合物ナノワイヤ１４０は、例えば、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｓ又はＺｎを不純物として含むＩｎＰナノワイヤとＡｕ膜等の金属膜との反応生成物を含む。化合物ナノワイヤ１４０は導電性ナノワイヤの一例である。
【００３２】
第２の実施形態に係る実装構造体１１０では、上部電極３８と導電性パッド２２とが化合物ナノワイヤ１４０を介して電気的に接続されている。化合物ナノワイヤ１４０の直径がＩｎバンプ等の金属バンプの直径より極めて小さいため、金属バンプを用いる場合と比較して、単位面積当たりの数を大きくすることができる。従って、赤外線検知器３０の更なる高集積化に対応することができる。また、各化合物ナノワイヤ１４０が樹脂５０により覆われているため、十分な強度を確保することができる。赤外線検知器３０の使用時に実装基板２０と赤外線検知器３０との間の熱膨張率の相違に起因する応力が化合物ナノワイヤ１４０に作用したとしても、応力に伴う化合物ナノワイヤ１４０の破断を抑制することができる。更に、アンダーフィル６０により封止されているため、より高い強度が得られる。第２の実施形態によっても、赤外線検知器３０の熱膨張率が実装基板２０の熱膨張率の１．７倍〜２．７倍程度であっても、熱膨張率の相違に起因する故障を抑制することができる。
【００３３】
更に、第２の実施形態では、化合物ナノワイヤ１４０が半導体と金属との化合物を含むため、第１の実施形態と比較して、導電性パッド２２との接触抵抗を低減することができる。
【００３４】
第２の実施形態に係る実装構造体１１０も、例えば赤外線撮像装置として用いることができる。
【００３５】
次に、第２の実施形態に係る実装構造体１１０を製造する方法について説明する。図５は、第２の実施形態に係る実装構造体１１０を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【００３６】
先ず、図５（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、半導体ナノワイヤ４０の形成及び成長マスク７０の除去までの処理を行う。次いで、半導体ナノワイヤ４０を覆う金属膜１４１を形成する。金属膜１４１は、例えばリフトオフ法により形成することができる。つまり、金属膜１４１を形成する予定の領域に開口部を有するマスクを形成し、例えば蒸着法により金属膜を形成し、マスクをその上の金属膜と共に除去することにより、金属膜１４１を形成することができる。
【００３７】
その後、加熱により半導体ナノワイヤ４０と金属膜１４１とを反応させ、図５（ｂ）に示すように、半導体及び金属の化合物を含む化合物ナノワイヤ１４０を得る。
【００３８】
続いて、図５（ｃ）に示すように、化合物ナノワイヤ１４０を覆う樹脂５０を形成する。樹脂５０の形成では、例えば、化合物ナノワイヤ１４０を埋めるように感光性樹脂を基板３２上に塗布し、感光性樹脂の露光及び現像を行う。
【００３９】
次いで、図５（ｄ）に示すように、プラズマ処理により樹脂５０の先端を除去し、樹脂５０から化合物ナノワイヤ１４０の先端を露出させる。
【００４０】
その後、第１の実施形態と同様に、化合物ナノワイヤ１４０の先端が導電性パッド２２に対向するように、赤外線検知器３０を実装基板２０の上方に配置し、赤外線検知器３０を実装基板２０に押し付け、化合物ナノワイヤ１４０の先端を導電性パッド２２に差し込む。続いて、実装基板２０の赤外線検知器３０と対向する面と赤外線検知器３０の実装基板２０と対向する面との間にアンダーフィル６０を注入し、アンダーフィル６０を硬化させる。アンダーフィル６０は、赤外線検知器３０及び半導体ナノワイヤ４０に熱の影響が及ばない程度の温度で硬化させる。
【００４１】
このようにして、第２の実施形態に係る実装構造体１１０を製造することができる。
【００４２】
チップは赤外線検知器に限定されない。赤外線検知器以外のチップが用いられる場合でも、チップの更なる高集積化に対応することができる。
【００４３】
導電性ナノワイヤの直径は、例えば１ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。導電性ナノワイヤの長さは５μｍ以上であることが好ましい。これは、実装基板とチップとの間にアンダーフィルを注入しやすくするためである。
【００４４】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００４５】
（付記１）
実装基板と、
前記実装基板に実装されたチップと、
前記実装基板の前記チップと対向する面と前記チップの前記実装基板と対向する面との間で、前記実装基板と前記チップとを電気的に接続する導電性ナノワイヤと、
前記導電性ナノワイヤを覆う樹脂と、
を有することを特徴とする実装構造体。
【００４６】
（付記２）
前記実装基板の前記チップと対向する面と前記チップの前記実装基板と対向する面との間の隙間を埋めるアンダーフィルを有することを特徴とする付記１に記載の実装構造体。
【００４７】
（付記３）
前記導電性ナノワイヤは半導体を含むことを特徴とする付記１又は２に記載の実装構造体。
【００４８】
（付記４）
前記導電性ナノワイヤは半導体及び金属の化合物を含むことを特徴とする付記１又は２に記載の実装構造体。
【００４９】
（付記５）
前記実装基板の基板材料と前記チップの基板材料とが相違していることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の実装構造体。
【００５０】
（付記６）
前記チップは赤外線検知器を有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の実装構造体。
【００５１】
（付記７）
前記赤外線検知器は化合物半導体基板を含むことを特徴とする付記６に記載の実装構造体。
【００５２】
（付記８）
前記実装基板は前記赤外線検知器からの信号を読み出す読み出し回路を有することを特徴とする付記６又は７に記載の実装構造体。
【００５３】
（付記９）
前記実装基板はＳｉ基板を含むことを特徴とする付記８に記載の実装構造体。
【符号の説明】
【００５４】
１０、１１０：実装構造体
２０：実装基板
３０：赤外線検知器
４０：半導体ナノワイヤ
５０：樹脂
６０：アンダーフィル
１４０：化合物ナノワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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