(57)【要約】【課題】配線基板と半導体素子との接続構造において、低い加圧力で安定に接続するとともに、狭ピッチでの接続を実現する半導体装置を提供する。【解決手段】柔軟性を有する突起電極２を備えた半導体素子１と、少なくとも一方の面に突起電極２と対向する位置に凹部電極３を有する配線基板５と、を備え、突起電極２を凹部電極３に嵌合した後、突起電極２を硬化させて凹部電極３と接続する構成を有し、狭ピッチで接続する半導体装置を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性を有する突起電極を備えた半導体素子または配線基板と、
少なくとも一方の面に前記突起電極と対向する位置に凹部電極を有する配線基板または半導体素子と、を備え、
前記突起電極を前記凹部電極に嵌合した後、前記突起電極を硬化させて前記凹部電極と接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記突起電極のダイナミック硬さが、５から５０であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記突起電極が、導電性コロイド粒子と樹脂を含む導電性樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記樹脂が、紫外線硬化性樹脂または光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記突起電極が、角錐形状、台形形状または半球状であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記凹部電極は、前記突起電極と対向する側に開口部を有する袋型または鍵型の形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記凹部電極のダイナミック硬さが、前記突起電極のダイナミック硬さより大きいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低い加圧力で確実に配線基板と半導体素子とを接続する半導体装置に関し、特にその接続構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やモバイルパソコンなどの携帯型電子機器の機能の向上および小型化に伴い、半導体装置の大容量化、高速化および高機能化とともに、半導体装置のパッケージの小型化、薄型化に対する要望がますます強くなっている。
【０００３】
この要望に応えるために、いわゆるＬｏｗ−ｋ膜と呼ばれる脆弱な層間絶縁膜を用いた半導体素子を配線基板にフリップチップ実装する手法が広く採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１５（ａ）は、特許文献１に開示されているフェースダウン実装される前の半導体装置９０の要部断面図で、図１５（ｂ）はフェースダウン実装された後の半導体装置９０の要部断面図である。
【０００５】
図１５に示すように、半導体装置９０は、配線基板９２と半導体素子９１とによって構成されている。また、配線基板９２はベース基板９３、酸化膜９４および配線９５で構成され、配線９５および酸化膜９４には、貫通孔９６、９７が形成されている。そして、ベース基板９３には、貫通孔９６、９７の位置に嵌合凹部９８が形成されている。さらに、半導体素子９１の能動面１００には電極１０１が設けられ、電極１０１には、はんだからなるバンプ１０２が設けられている。
【０００６】
半導体素子９１は、そのバンプ１０２を貫通孔９６に対向させた状態で配線基板９２に載置され、配線基板９２の嵌合凹部９８側に押圧される。これにより、半導体素子９１のバンプ１０２が変形して貫通孔９６、９７を貫通して、嵌合凹部９８内に押し込まれ、半導体素子９１が基板９２に対して固定されると同時に、電気的に接続される。
【０００７】
同様に、プリント基板に嵌合部を形成したフットプリントを設け、導電性ペーストや金などからなるバンプを有する半導体素子を、その嵌合部にバンプの先端を係止して接続する構成が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２０９１３９号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１のフリップチップ実装においては、バンプ１０２を、その径より小さい貫通孔を貫通して、配線基板に設けた嵌合凹部に押し込んで接続するため、はんだからなるバンプを変形させるために大きな加圧力が必要となる。そのため、薄型で、Ｌｏｗ−ｋ膜と呼ばれる脆弱な層間絶縁膜を有する半導体素子の割れや過大な応力により特性の低下を発生するという課題があった。また、貫通孔にバンプを押し込む際に、配線や酸化膜の剥離や断線あるいはバンプの削り粉などが発生し、接続信頼性の低下を招くという課題もあった。
【０００９】
また、特許文献２の半導体の接続構造によれば、バンプの先端を嵌合部に係止するものであるため、バンプを嵌合部に押し込む際に特許文献１と同様な課題が発生する。また、バンプの先端だけを嵌合部に押し込む構成であるため、バンプの大きさのばらつきなどにより、隣接するバンプ間で短絡する可能性があり、そのため、今後ますます要求される電極間の狭ピッチ化に対応できないという課題もある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低い加圧力で配線基板と半導体素子とを安定的して接続するとともに、狭ピッチでの接続を実現する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述したような課題を解決するために、本発明の半導体装置は、柔軟性を有する突起電極を備えた半導体素子または配線基板と、少なくとも一方の面に突起電極と対向する位置に凹部電極を有する配線基板または半導体素子と、を備え、突起電極を凹部電極に嵌合した後、突起電極を硬化させて凹部電極と接続した構成を有する。
【００１２】
さらに、突起電極のダイナミック硬さが、５から５０である。
【００１３】
さらに、突起電極が、導電性コロイド粒子と樹脂を含む導電性樹脂からなる。
【００１４】
これらの構成により、柔軟性を有する突起電極を低い加圧力で容易に変形させて、凹部電極と接続できるため、半導体素子に加わる加圧力を小さくできる。その結果、半導体素子の割れなどを未然に防止し、信頼性の高い半導体装置を実現できる。また、柔軟な突起電極を凹部電極に充填または塑性変形させて嵌合できるため、凹部電極から突起電極のはみ出しなどが発生しにくい。その結果、凹部電極を形成するピッチで接続できるため、狭ピッチ化への対応が容易である。さらに、凹部電極の高さで、接続高さが一義的に決まるため、突起電極の高さを精度良く形成する必要がない。また、樹脂を硬化させて接続するため、低い温度での接続を可能とし、半導体素子への熱の影響による性能低下を未然に防止できる。
【００１５】
さらに、樹脂が、紫外線硬化性樹脂または光硬化性樹脂である。
【００１６】
これにより、任意の形状を有する突起電極を実現できる。
【００１７】
さらに、突起電極が、角錐形状、台形形状または半球状であればよい。
【００１８】
さらに、凹部電極は、突起電極と対向する側に開口部を有する袋型または鍵型の形状である。
【００１９】
さらに、凹部電極のダイナミック硬さが、突起電極のダイナミック硬さより大きい。
【００２０】
これらにより、突起電極と凹部電極との位置決めや低い加圧力による嵌合を容易に実現できる。また、凹部電極と突起電極との剥離などが生じにくく、信頼性の高い接続を実現できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体装置によれば、凹部電極に柔軟性を有する突起電極を充填させ、突起電極を硬化させることにより、突起電極同士の接触を防止できるとともに、信頼性に優れた接続を実現できる。さらに、柔軟性を有する突起電極により、半導体素子を低い加圧力と低い温度で接続できるため、薄型の半導体素子の使用を可能とするとともに、反りなどの変形を抑制し、生産性や信頼性に優れた半導体装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における半導体装置の実装前の要部透視斜視図で、図１（ｂ）は実装後の要部透視斜視図である。図２は、半導体素子の電極（図示せず）上に設けられた突起電極を示す断面図で、図３（ａ）は、配線基板の配線パターン上で、半導体素子の突起電極と対向する位置に設けられた凹部電極を示す斜視図で、図３（ｂ）は凹部電極の断面図である。
【００２４】
図１に示すように、半導体装置１０は、少なくとも突起電極２を備えた半導体素子１と、例えばガラスエポキシからなる基材５ａ上に配線パターン４と突起電極２と対向する位置に設けられた凹部電極３を備えた配線基板５とで構成されている。そして、半導体素子１と配線基板５は、突起電極２と凹部電極３とを嵌合し、硬化させることにより接続されている。なお、配線基板５の延在部に別の半導体素子や電子部品（図示せず）などが実装されていてもよい。
【００２５】
ここで、基材５ａとしては、例えば、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板以外に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリイミド樹脂などのフレキシブル基板、セラミック、ガラス、シリコンなどからなる無機基板を用いることができる。
【００２６】
そして、半導体素子１の上に形成された突起電極２は、光造形法を用いて、紫外線または可視光で硬化する導電性樹脂で、例えば円錐形状に形成されている。また、配線基板５の上に形成された凹部電極３は、少なくとも突起電極２と対向する面に開口部３ａを有し、その内部に開口部３ａより大きな断面を有する空間部３ｂを備えた、例えば四角柱形状（以下、「袋型」とも記す）で形成されている。
【００２７】
以下に、半導体素子１に設けられる突起電極２の形成方法について、図４を用いて説明する。
【００２８】
まず、図４（ａ）に示すように、容器２０の内部に半導体素子１の電極パッド１ａが形成された面を上向きにしてステージ３０上に設置した状態で、導電性粒子を紫外線硬化性樹脂または光硬化性樹脂中に分散させた液状の導電性樹脂２４中に沈める。この場合、例えば半導体素子１の面上に形成されている電極パッド１ａと導電性樹脂２４の表面との間の間隔Ｔ１を突起電極２の第１層２ａの厚みに設定する。このとき、半導体素子１の電極パッド１ａ以外の面には、例えばＳｉ酸化膜などの絶縁層が形成されている。この状態で、例えば液晶素子からなるフォトマスク２３を介して紫外線２５を導電性樹脂２４に照射する。第１の開口部２３ａを通過した紫外線２５は、電極パッド１ａの表面上にある導電性樹脂２４を硬化させ、突起電極２の第１層２ａが形成される。
【００２９】
つぎに、図４（ｂ）に示すように、ステージ３０をさらに沈降させて、半導体素子１の突起電極２の第１層２ａと導電性樹脂２４の表面との間の間隔Ｔ２を突起電極２の第２層２ｂの厚みに設定する。この状態で、図４（ａ）と同様にして、フォトマスク２３を介して紫外線２５または可視光を導電性樹脂２４に照射する。このときに、フォトマスク２３の開口部は、例えば第１の開口部２３ａより小さな開口形状を有する第２の開口部２３ｂとする。そして、この第２の開口部２３ｂを通過した紫外線２５または可視光は、第１層２ａの表面上にある導電性樹脂２４を硬化させ、突起電極２の第２層２ｂが形成される。
【００３０】
そして、図４（ａ）と図４（ｂ）の工程を、フォトマスクの開口部の形状を順次小さくして、露光・硬化させることにより、図２に示すような円錐形状の突起電極２が形成される。上記では、厳密に表現すれば、階段状の傾斜を有する円錐形状となるが、例えば、ステージ３０を連続的に導電性樹脂中に沈めて、紫外線または可視光で露光・硬化することにより、滑らかな傾斜面を備えた円錐形状にできることはいうまでもない。
【００３１】
以上の工程を経た後、容器２０から半導体素子１を取り出し、洗浄して不要な導電性樹脂を除去することで、突起電極２が形成された半導体素子１が作製される。
【００３２】
なお、本実施の形態で使用するフォトマスク２３は、液晶セル（図示せず）が２次元的に配置された透過式の液晶パネルを用いており、第１の開口部２３ａおよび第２の開口部２３ｂ、さらに以下の工程で行うときの開口部の大きさや形状などは、液晶セルに印加する電圧により電気的に制御することができる。
【００３３】
また、上記では突起電極の形状を円錐形状で説明したが、これに限られない。例えば、ピラミッド状の角錐や台形形状など任意の形状とすることができる。
【００３４】
また、上記では、導電性樹脂で満たした容器中に半導体素子を順次沈めて突起電極を形成する例で説明したが、これに限られない。例えば、紫外線を透過できる石英ガラスを少なくとも底面に設けた容器中に半導体素子を浸漬し、フォトマスクを介して、順次露光・硬化させて半導体素子を引き上げながら突起電極を形成してもよい。
【００３５】
以下に、導電性樹脂２４について説明する。
【００３６】
導電性樹脂２４は、光硬化性モノマーおよび光重合開始剤を含む感光性成分と、導電性粒子とを含有する。
【００３７】
光硬化性モノマーは、複数の光重合性基を有する多官能性モノマーと光重合性基を１つだけ有する単官能性モノマーの両方を含むことが好ましい。
【００３８】
複数の光重合性基を有する多官能性モノマーとしては、例えば、１分子中に、炭素−炭素二重結合重結合のような重合可能な官能基を２つ以上有する化合物が用いられる。多官能性モノマーに含まれる重合可能な官能基の数は、３〜１０個であることが好ましいが、上記範囲に限定されない。なお、重合可能な官能基の数が３個より少ない場合、硬化性が低下する傾向がある。その官能基の数が１０個より多くなると、分子サイズが大きくなり、粘度が大きくなる傾向がある。
【００３９】
複数の光重合性基を有する多官能性モノマーの具体的な例としては、例えば、アリル化シクロヘキシルジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，３−ブチレングリコールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、グリセロールジアクリレート、メトキシ化シクロヘキシルジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、トリグリセロールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ビスフェノールＡジアクリレート、ビスフェノールＡ−エチレンオキサイド付加物のジアクリレート、ビスフェノールＡ−プロピレンオキサイド付加物のジアクリレートが挙げられる。また、上記化合物に含まれるアクリル基の一部または全てを、例えば、メタクリル基に置換した化合物を用いることもできる。
【００４０】
光重合性基を１つだけ有する単官能性モノマーは、かぶり現象を防止するために、上記組成物に添加される。単官能性モノマーを含有しない場合には、光硬化が進みやすくなるため、露光部分だけでなく、非露光部分まで光硬化が進み、パターンの境界がぼける、いわゆる、かぶり現象が発生しやすくなる。
【００４１】
また、単官能性モノマーは比較的低粘度であるため、導電性樹脂の粘度を低くするために、導電性樹脂に添加してもよい。
【００４２】
光重合性基を１つだけ有する単官能性モノマーとしては、例えば、ベンジルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、ブトキシトリエチレングリコールアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、グリセロールアクリレート、グリシジルアクリレート、ヘプタデカフロロデシルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、イソボニルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、イソデキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、２−メトキシエチルアクリレート、メトキシエチレングリコールアクリレート、メトキシジエチレングリコールアクリレート、オクタフロロペンチルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ステアリルアクリレート、トリフロロエチルアクリレートが挙げられる。また、上記化合物に含まれるアクリル基を、例えば、メタクリル基に置換した化合物を、単官能性モノマーとして用いることもできる。
【００４３】
光重合開始剤としては、市販の光開始剤を好適に使用できる。光重合開始剤としては、例えば、光還元性の色素と還元剤との組み合わせが用いられる。なお、光重合開始剤はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
光還元性の色素としては、例えば、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４，４’−ビス（ジメチルアミン）ベンゾフェノン、４，４’−ビス（ジエチルアミン）ベンゾフェノン、α−アミノアセトフェノン、４，４’−ジクロロベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４’−メチルジフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピルフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、チオキサントン、２−メチルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ベンジルメトキシエチルアセタール、ベンゾインメチルエーテル、アントラキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラキノン、２−アミルアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスベロン、メチレンアントロン、４−アジドベンジルアセトフェノン、２，６−ビス（ｐ−アジドベンジリデン）−４−メチルシクロヘキサノン、２−フェニル−１，２−ブタジオン−２−（Ｏ−メトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−プロパンジオン−２−（Ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１，３−ジフェニル−プロパントリオン−２−（Ｏ−エトキシカルボニル）オキシム、１−フェニル−３−エトキシープロパントリオン−２−（Ｏ−ベンゾイル）オキシム、ミヒラーケトン、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１、ナフタレンスルホニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、ｎ−フェニルチオアクリドン、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルスルフィド、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、カンファーキノン、四臭素化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイル、エオシン、メチレンブルーが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４５】
還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、トリエタノールアミンが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４６】
導電性粒子としては、導電性を有する金属微粒子であれば、限定されることなく用いることができる。例えば、金、銀、白金、ニッケル、銅、パラジウム、モリブデン、タングステンなどの微粒子が挙げられる。これらの金属微粒子は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、上記元素を含む合金からなる合金粉を導電性粒子として使用することもできる。
【００４７】
また、低温による焼成で低抵抗の導体を得るという目的から、比較的融点が低く、比抵抗値の低い金属材料を導電性粒子として用いることが好適である。このような金属材料としては、例えば、金、銀、銅が好ましい。なお、金は非常に高価であること、銅は酸化しやすく、空気中の焼成ができないなどのことから、銀が最も好適である。
【００４８】
導電性粒子の形状は、塊状、鱗片状、微結晶状、球状、粒状、フレーク状などの種々の形状であってもよいし、不定形であってもよい。そのなかでも、導電性粒子の形状は、球状または粒状であることが好ましい。露光時の光透過性が良く、露光効率が良いからである。
【００４９】
導電性粒子の平均粒子径は、１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましく、３μｍ以下であることが特に好ましい。導電性粒子の平均粒子径が５μｍ以下であることにより、１５０〜３５０℃程度の低温での焼結が可能となるため、焼結後の比抵抗値が小さく、電気伝導性に優れた伝導体が得られる。また、このような微粒子を使用することにより、解像度の良い光硬化物が得られる。
【００５０】
導電性粒子の平均粒子径が３μｍ以下であることにより、さらに、低温で焼結を行うことができるだけでなく、より微細な突起電極を形成することができる。
【００５１】
抵抗値の低い突起電極を得るために、導電性粒子は、導電性樹脂の５０〜９０重量％を占めることが好ましい。
【００５２】
また、上記組成物に含まれる感光性成分について、多官能性モノマー、単官能性モノマーおよび光重合開始剤の適正な配合量は、導電性粒子１００重量部あたり、多官能性モノマーは５〜３０重量部、単官能性モノマーは０．５〜１０重量部、光重合開始剤は０．１〜５重量部であることが望ましい。各感光性成分の量がこの範囲を逸脱した場合、所望の導電性が得られず、また、密着性、パターン形成の点で問題を生じる。
【００５３】
なお、導電性樹脂２４は、上記導電性粒子および感光性成分の他に、例えば、分散剤および粘度調節剤を含んでいてもよい。
【００５４】
さらに、以下に、配線基板５の配線パターン４上に設けられる凹部電極３の形成方法について、図５を用いて説明する。なお、配線パターン４は、銅箔などのエッチング、導電ペーストのスクリーン印刷やフォトリソ法など一般的な形成方法で形成できるが、特に下記では凹部電極３の形成方法について説明する。
【００５５】
まず、図５（ａ）に示すように、配線基板５の配線パターン（図示せず）上に、例えば外寸および内寸をそれぞれ３０μｍ、２０μｍで高さ２５μｍの穴形状を有するレジストパターン１２ａを形成する。
【００５６】
つぎに、図５（ｂ）に示すように、レジストパターン１２ａに対応する位置に、さらに凹部電極３の開口部３ａとなる内寸１５μｍで高さ１０μｍのレジストパターン１２ｂを形成する。これらのレジストパターン１２ａ、１２ｂにより、凹部電極を形成するレジストパターン１２が形成される。
【００５７】
つぎに、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン１２で形成された穴を、Ａｕめっきを施すことにより、埋設する。
【００５８】
つぎに、図５（ｄ）に示すように、Ａｕめっき後にレジストパターン１２を、レジスト剥離剤などで除去することにより、Ａｕで形成された袋状の開口部３ａと空間部３ｂを有する凹部電極３が形成される。
【００５９】
以下に、上記で説明した半導体素子１に形成した突起電極２と配線基板５に形成した袋状の凹部電極３を接続して半導体装置を形成する方法について、図６を用いて説明する。
【００６０】
まず、図６（ａ）に示すように、円錐形状の導電性樹脂からなる突起電極２と四角柱形状の袋状の凹部電極３の開口部３ａと対向して、アライメントマーク（図示せず）を用いて位置合わせする。そして、半導体素子１を、例えば８０℃程度に加熱して、突起電極２を構成する紫外線硬化性樹脂を軟化させ、突起電極２に柔軟性を付与する。このとき、突起電極２のダイナミック硬さは、ダイナミック硬度で測定して、５から５０の範囲で、導電性樹脂の配合比などを調整したものが望ましい。また、少なくとも嵌合する凹部電極３のダイナミック硬さよりも小さいことが好ましい。すなわち、凹部電極３がＡｕめっきで形成された場合、そのダイナミック硬さは、６０から８０であるため、それ以下のダイナミック硬さを有する突起電極２とすることが好ましいものである。
【００６１】
この理由は、突起電極２のダイナミック硬さが小さいため、凹部電極３と嵌合するときに、低い加圧力で突起電極２を塑性変形させ、容易に凹部電極３の空間部３ｂに充填することができる。
【００６２】
つぎに、図６（ｂ）に示すように、配線基板５の凹部電極３と接合された突起電極２の導電性樹脂の硬化温度以上（例えば１２０℃、１時間）で加熱して、突起電極２を硬化させる。
【００６３】
これにより、低い加圧力で半導体素子１と配線基板５との接続を実現できるとともに、凹部電極３の空間部３ｂに突起電極２を充填することにより、接続部の剥離強度の高い、接続信頼性に優れた半導体装置を実現できる。また、凹部電極３により、突起電極２の加熱・加圧時の広がりを防止できるため、突起電極２同士の短絡が発生しにくい。その結果、凹部電極３を狭ピッチに形成することにより半導体素子１の突起電極２の狭ピッチ化に対応することが容易となる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、凹部電極を袋型の形状を例に説明したが、これに限られない。例えば、図７に示すように、例えば逆Ｌ字が対向した鍵型の形状を有する凹部電極３２でもよい。この場合、少なくとも凹部電極３２が配列されるピッチの狭い方向に、逆Ｌ字の鍵型を対向させて形成することが好ましい。これにより、隣接する突起電極２同士の短絡を、逆Ｌ字の鍵型の凹部電極３２で防止できる。また、鍵型の凹部電極３２の形状とすることにより、突起電極の嵌合時に、容易に変形できるため、さらに、低い加圧力で半導体素子を実装できる。
【００６５】
また、本実施の形態では、凹部電極を配線基板に設け、突起電極を半導体素子に設けた例で説明したが、これに限られない。凹部電極を半導体素子に設け、突起電極を配線基板に設ける構成でもよいことはいうまでもない。
【００６６】
また、本実施の形態では、円錐形状の突起電極を例に説明したが、これに限られない。例えば、台形形状やピラミッドなどの角錐形状であってもよい、このとき、突起電極の凹部電極と対向する側の面積が、凹部電極の開口部より小さい方が好ましい。
【００６７】
（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施の形態における半導体素子１の突起電極４５を示す断面図である。また、図９は、本発明の第２の実施の形態の半導体素子１の突起電極４５と配線基板５に形成した袋状の凹部電極を接続して半導体装置を形成する方法を説明する図である。
【００６８】
図８と図９に示すように、本発明の第２の実施の形態は、半導体素子１上に形成する突起電極４５が導電性コロイド粒子を分散させた導電性樹脂で構成した点で、第１の実施の形態と異なるものである。そして、配線基板に形成した袋状の凹部電極３など、他の構成要素は第１の実施の形態と同様であるため、その構成や形成方法の説明は省略する。
【００６９】
すなわち、図８に示すように、半導体素子１の電極パッド（図示せず）に形成された突起電極４５が、例えばＡｕやＡｇのナノ粒子などの導電性コロイド粒子を分散した導電性樹脂で構成されている。そして、突起電極４５は、半導体素子１の電極パッド（図示せず）上に、例えばインクジェットなどにより、直径２０μｍの半球状に形成される。なお、電極パッド部以外の絶縁層に撥水処理して、導電性樹脂を塗布し、その表面張力により電極パッド上に半球状の突起電極を形成してもよい。
【００７０】
ここで、突起電極４５を構成する導電性コロイド粒子は、一般的に以下の方法により作製される。
【００７１】
すなわち、物理的には機械的粉砕や加熱蒸発、化学的には分解や還元によって調整して、例えばＡｕなどの金属ナノ粒子の表面に界面活性剤や高分子、金属配位子によって保護することにより作製される。
【００７２】
なお、上記突起電極４５と嵌合される袋状の凹部電極３は、第１の実施の形態において、図５を用いて説明したのと同様な方法により形成できるため、説明は省略する。
【００７３】
そして、以下に、上記で説明した半導体素子１に形成した突起電極４５と配線基板５に形成した袋状の凹部電極３を接続して半導体装置を形成する方法について、図９を用いて説明する。
【００７４】
まず、図９（ａ）に示すように、半導体素子１の電極パッド（図示せず）上に形成した半球状の導電性コロイド粒子が分散した導電性樹脂からなる突起電極４５と四角柱形状の袋状の凹部電極３の開口部３ａと対向して、アライメントマーク（図示せず）を用いて位置合わせし、載置する。
【００７５】
このとき、突起電極４５と凹部電極３との接触界面の表面張力により、凹部電極３の開口部３ａを介して空間部３ｂの隙間に入り込み、突起電極４５を構成する導電性樹脂が凹部電極３内に充填される。すなわち、半導体素子１をフェースダウンで実装する前の導電性コロイド粒子が分散した導電性樹脂からなる突起電極４５は、その表面張力によって半球状に保たれている。しかし、凹部電極３の開口部３ａなどと接触すると、その表面張力のバランスが崩れるため、凹部電極３内に充填される。
【００７６】
つぎに、図９（ｂ）に示すように、凹部電極３に突起電極４５の導電性樹脂が充填された状態で、２００℃、１時間で硬化する。これにより、半導体素子と配線基板が、５ｍΩ以下の接続抵抗で接続される。
【００７７】
ここで、導電性コロイド粒子を分散した導電性樹脂からなる突起電極４５のダイナミック硬さは、５０以下であることが好ましい。特に、５から５０の範囲が好ましい。すなわち、５未満では、ダイナミック硬さが低すぎて、突起電極４５の形状保持性が悪く、さらに流動性が高いため、狭ピッチの突起電極を実現しにくい。一方、５０を越える値では、ダイナミック硬さが高すぎて、突起電極４５が、凹部電極３に埋設しにくいため安定な接続ができない。このとき、例えばＡｕめっきからなる凹部電極３のダイナミック硬さは、６０から８０である。なお、Ａｕめっきからなる凹部電極３のダイナミック硬さが６８の場合、そのヤング率は、８０ＧＰａに相当する。
【００７８】
以上から、突起電極４５のダイナミック硬さは凹部電極３のダイナミック硬さより小さくすることが重要で、ダイナミック硬さの差が１０以上であることが好ましい。この理由は、突起電極４５のダイナミック硬さが小さいため、凹部電極３と嵌合するときに、低い加圧力で突起電極４５を塑性変形させ、容易に凹部電極３の空間部３ｂに充填することができる。
【００７９】
これにより、低い加圧力で半導体素子と配線基板との接続を実現できるとともに、凹部電極の空間部に突起電極を充填することにより、接続部の剥離強度の高い、接続信頼性に優れた半導体装置を実現できる。また、凹部電極により、突起電極の加熱・加圧時の広がりを防止できるため、突起電極同士の短絡が発生しにくい。その結果、凹部電極を狭ピッチに形成することにより半導体素子の突起電極の狭ピッチ化に対応することが容易となる。
【００８０】
（第３の実施の形態）
図１０（ａ）は、本発明の第３の実施の形態における配線基板の凹部電極５５の斜視図で、図１０（ｂ）は凹部電極５５の断面図である。図１１は、本発明の第３の実施の形態の半球状の凹部５５ｂを備えた凹部電極５５の形成方法を説明する要部断面図である。また、図１２は、本発明の第３の実施の形態の半導体素子１の突起電極２と配線基板に形成した半球状の凹部５５ｂを有する凹部電極５５を接続して半導体装置を形成する方法を説明する図である。
【００８１】
図１０に示すように、本発明の第３の実施の形態は、配線基板５上に形成する凹部電極５５の凹部５５ｂを半球状で構成した点で、第１の実施の形態と異なるものである。なお、半導体素子に形成した突起電極２など、他の構成要素は第１の実施の形態と同様であるため、その構成や形成方法の説明は省略する。
【００８２】
すなわち、図１０に示すように、少なくとも突起電極と対向する面に開口部を有し、その内部が半球状の凹部５５ｂを備えた、例えば四角柱形状で形成されている。ここで、半球状の凹部５５ｂの開口部の面積は、半球状の直径で切断した面積より小さく形成することが好ましい。すなわち、直径で切断した完全な半球ではなく、中心が四角柱の内部にある形状とするものである。これにより、嵌合した突起電極の剥離強度を高めることができる。
【００８３】
以下に、配線基板５の配線パターン４上に設けられる凹部電極５５の形成方法について、図１１を用いて説明する。なお、配線パターン４は、銅箔などのエッチング、導電ペーストのスクリーン印刷やフォトリソ法など一般的な形成方法で形成できるが、特に下記では凹部電極の形成方法について説明する。
【００８４】
まず、図１１（ａ）に示すように、配線基板５の配線パターン（図示せず）上に、例えば外寸３０μｍ、高さ１５μｍの、例えば四角柱形状の穴５４を有するレジストパターン５２を形成する。そして、直径２０μｍの無機フィラー５３を上記穴５４のほぼ中央位置に配置する。このとき、無機フィラー５３の少なくとも一部に粘着剤を塗布し、粘着剤を介して位置固定することが好ましい。
【００８５】
つぎに、図１１（ｂ）に示すように、無機フィラー５３が配置されたレジストパターン５２の穴５４で、レジストパターン５２の上面までの高さに、例えば電解または無電解めっき法を用いてＡｕめっきを施すことにより、埋設する。
【００８６】
つぎに、図１１（ｃ）に示すように、レジストパターン５２と無機フィラー５３を、例えば剥離液やエッチング液を用いて除去する。これにより、配線基板５上に半球状の凹部５５ｂを有する凹部電極５５が形成される。
【００８７】
以下に、上記で説明した半導体素子の突起電極と配線基板に形成した半球状の凹部を有する凹部電極を接続して半導体装置を形成する方法について、図１２を用いて説明する。
【００８８】
まず、図１２（ａ）に示すように、円錐形状の導電性樹脂からなる突起電極２と四角柱形状で半球状の凹部５５ｂを有する凹部電極５５の開口部と対向して、アライメントマーク（図示せず）を用いて位置合わせする。そして、半導体素子１を、例えば８０℃程度に加熱して、突起電極２を構成する紫外線硬化性樹脂を軟化させ、突起電極２に柔軟性を付与する。このとき、突起電極２のダイナミック硬さは、ダイナミック硬度で測定して、１０から５０の範囲で、導電性樹脂の配合比などを調整したものが望ましい。また、少なくとも嵌合する凹部電極５５のダイナミック硬さよりも小さいことが好ましい。すなわち、凹部電極５５がＡｕめっきで形成された場合、そのダイナミック硬さは、６０から８０であるため、それ以下のダイナミック硬さを有する突起電極２とすることが好ましいものである。
【００８９】
この理由は、突起電極２のダイナミック硬さが小さいため、凹部電極５５と嵌合するときに、低い加圧力で突起電極２を塑性変形させ、容易に凹部電極５５の凹部５５ｂに充填することができる。
【００９０】
つぎに、図１２（ｂ）に示すように、配線基板５の凹部電極５５と接合された突起電極２の導電性樹脂の硬化温度以上（例えば１２０℃、１時間）で加熱して、突起電極２を硬化させる。
【００９１】
これにより、低い加圧力で半導体素子と配線基板との接続を実現できる。そして、凹部電極の凹部が半球状であるため、突起電極が充填しやすく、かつ気泡などが接続界面に残存しにくいので、接続部の剥離強度の高い、接続信頼性に優れた半導体装置を実現できる。また、凹部電極により、突起電極の加熱・加圧時の広がりを防止できるため、突起電極同士の短絡が発生しにくい。その結果、凹部電極を狭ピッチに形成することにより半導体素子の突起電極の狭ピッチ化に対応することが容易となる。
【００９２】
なお、上記では本実施の形態の凹部電極と第１の実施の形態で説明した突起電極とを接続した半導体装置を例に説明したが、これに限られない。例えば、図１３に示すように、第２の実施の形態で説明した導電性コロイド粒子を分散させた導電性樹脂からなる半球状の突起電極４５を用いて、本実施の形態の凹部電極５５と接続し、半導体装置を構成してもよい。これにより、上記と同様の効果が得られるとともに、例えば、半球状の大きさをほぼ等しくすることにより、接続時の充填が容易で、はみ出しなどを少なくし信頼性の高い接続を実現できる。
【００９３】
また、上記各実施の形態では、開口部が空間部よりも狭い形状を有する凹部電極と突起電極を接続する例で説明したが、これに限られない。例えば、図１４（ａ）に示すように、まず、例えば光造形法を用いて、半導体素子１上に凸状の柔軟性を有する突起電極６２を形成する。そして、配線基板５上に、例えばフォトリソ法などを用いて、Ａｕめっきからコの字状の凹部電極３を形成する。その後、図１４（ｂ）に示すように、凸状の突起電極６２を凹部電極３の凹部と接続して半導体装置を構成してもよい。これにより、突起電極６２を、例えば塑性変形させる必要がないため、さらに低い加圧力での接続が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の半導体装置は、小型、薄型化された携帯型電子機器などの情報記憶媒体として用いられる各種のメモリーカードや非接触型ＩＣカードや、大規模集積化回路や撮像素子などに代表される大面積の半導体素子などを配線基板に実装した電子機器分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態における半導体装置の実装前の要部透視斜視図（ｂ）実装後の要部透視斜視図
【図２】同実施の形態における半導体素子の電極上に設けられた突起電極を示す断面図
【図３】（ａ）同実施の形態における配線基板の配線パターン上で半導体素子の突起電極と対向する位置に設けられた凹部電極を示す斜視図（ｂ）凹部電極の断面図
【図４】同実施の形態における半導体素子に設けられる突起電極の形成方法を説明する図
【図５】同実施の形態における配線基板の配線パターン上に設けられる凹部電極の形成方法を説明する図
【図６】同実施の形態における半導体装置の形成方法を説明する図
【図７】同実施の形態における配線基板に設けられた凹部電極の別の例を示す斜視図
【図８】本発明の第２の実施の形態における半導体素子の突起電極を示す断面図
【図９】同実施の形態の半導体素子の突起電極と配線基板に形成した袋状の凹部電極を接続して半導体装置を形成する方法を説明する図
【図１０】（ａ）本発明の第３の実施の形態における配線基板の凹部電極の斜視図（ｂ）凹部電極の断面図
【図１１】同実施の形態の半球状の凹部を備えた凹部電極の形成方法を説明する要部断面図
【図１２】同実施の形態の半導体素子の突起電極と配線基板に形成した半球状の凹部を有する凹部電極を接続して半導体装置を形成する方法を説明する図
【図１３】同実施の形態における半導体装置の別の例の形成方法を説明する図
【図１４】各実施の形態における半導体装置の別の例の形成方法を説明する図
【図１５】従来の半導体装置の実装方法を説明する図
【符号の説明】
【００９６】
１    半導体素子
１ａ    電極パッド
２，４５，６２    突起電極
２ａ    第１層
２ｂ    第２層
３，３２，５５    凹部電極
３ａ    開口部
３ｂ    空間部
４    配線パターン
５    配線基板
５ａ    基材
１０    半導体装置
１２，１２ａ，１２ｂ，５２    レジストパターン
２０    容器
２３    フォトマスク
２３ａ    第１の開口部
２３ｂ    第２の開口部
２４    導電性樹脂
２５    紫外線
３０    ステージ
５３    無機フィラー
５４    穴
５５ｂ    凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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