(57)【要約】【課題】狭ピッチで、かつ多ピンの電極端子を有する半導体素子や回路基板の電極端子同士を高い接続信頼性で、かつ電極端子間の短絡を効率よく防止することができる構造を有する導電性バンプやそれを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】電子部品１の電極端子２上に形成された導電性バンプ３であって、導電性バンプ３が、少なくとも導電粒子６と感光性樹脂７を含む導電ポスト４と、導電ポスト４の表面を導電粒子６で被覆した導電金属層５と、で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の電極端子上に形成された導電性バンプであって、
前記導電性バンプが、
少なくとも導電粒子と感光性樹脂を含む導電ポストと、
前記導電ポストの表面を前記導電粒子で被覆した導電金属層と、
を有することを特徴とする導電性バンプ。
【請求項２】
前記電子部品が、回路基板または半導体素子であることを特徴とする請求項１に記載の導電性バンプ。
【請求項３】
複数の電極端子を有する電子部品上に、少なくとも導電粒子、感光性樹脂、フラックス、対流発生剤を構成材料として含有する感光性導電樹脂組成物を載置する工程と、
前記電子部品上に、前記電極端子と対応する位置に開口部が設けられたマスクを配置し、紫外光または可視光を前記開口部より前記感光性導電樹脂組成物に照射して前記電極端子上に導電ポストを形成する工程と、
前記電子部品を加熱し、前記感光性導電樹脂組成物中の前記導電粒子を溶融、対流させることにより、前記導電ポストの表面に導電金属層を形成する工程と、
前記電子部品の電極端子以外の部分に残存する前記感光性導電樹脂組成物を除去する工程と、
を含むことを特徴とする導電性バンプの形成方法。
【請求項４】
前記導電金属層を形成する工程が、前記対流発生剤の沸点より高い温度で行われることを特徴とする請求項３に記載の導電性バンプの形成方法。
【請求項５】
前記導電金属層を形成する工程において、前記対流発生剤は、前記感光性導電樹脂組成物中で対流することにより、前記感光性導電樹脂組成物を撹拌させることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の導電性バンプの形成方法。
【請求項６】
前記導電金属層を形成する工程において、前記導電粒子が、溶融した状態で前記感光性導電樹脂組成物中を流動することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の導電性バンプの形成方法。
【請求項７】
前記導電粒子が、はんだ粒子であり、５０重量部〜９０重量部の割合で前記感光性導電樹脂組成物に含有されていることを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の導電性バンプの形成方法。
【請求項８】
前記対流発生剤が、溶剤、グリセリン、ワックス、イソプロピルアルコール、酢酸ビニル、酢酸ブチル、ヘキサン、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、Ｎ−メチル−２ピロリドン、α−テルピネオールおよびエチレングリコールよりなる群より選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の導電性バンプの形成方法。
【請求項９】
前記対流発生剤が、加熱時に分解してＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２などの気体を発生する分解型ガス発生剤として、水酸化アルミニウム、ドーソナイト、メタホウ酸アンモニウム、メタホウ酸バリウム、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、炭酸水素ナトリウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸カルシウム、ホウ酸よりなる群より選ばれた少なくとも１種よりなることを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の導電性バンプの形成方法。
【請求項１０】
前記対流発生剤は、前記感光性導電樹脂組成物の硬化反応開始温度と硬化温度との間に沸点または分解点を有し、その沸点において蒸発ガスを、または、その分解点において分解ガスを発生することを特徴とする請求項５に記載の導電性バンプの形成方法。
【請求項１１】
前記残存する感光性導電樹脂組成物を除去する工程が、ドライアイス洗浄法により行われることを特徴とする請求項３に記載の導電性バンプの形成方法。
【請求項１２】
請求項１または請求項２に記載の導電性バンプまたは請求項３から請求項１１のいずれか１項に記載の導電性バンプの形成方法によって得られた導電性バンプを用いて、回路基板の電極端子と半導体素子の電極端子とを電気的に接続したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の電極端子または回路基板の電極端子上に形成された導電性バンプに関し、特に狭ピッチ化された半導体素子を回路基板上の電極端子に確実に実装することができる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に普及が拡大している携帯電話やノートパソコン、ＰＤＡ、デジタルビデオカメラなどに代表される移動体電子機器は、その小型・薄型・軽量化を実現するための技術開発が急速に進んでいる。
【０００３】
この技術開発を支える主要な電子部品が半導体素子であり、半導体素子の高密度化に伴って電極端子のピッチおよび面積が小さくなってきている。それに伴って、半導体素子を実装基板にフリップチップ実装する際に用いる導電性バンプに関しても厳しい要求がなされるようになってきた。
【０００４】
この場合、電極端子の狭ピッチ化に伴い、実装基板の隣接する接続端子間での短絡の発生、および半導体素子と実装基板との熱膨張係数の差により生じる応力で導電性バンプと電極端子間の接続不良が生じやすくなるという課題がある。
【０００５】
特に、上記の携帯電話などの移動体電子機器では落下による衝撃などを受ける可能性があるため、電極端子間の接続信頼性が不充分であると、移動体電子機器の不良につながる恐れがある。
【０００６】
また、半導体素子の配線ルールの微細化に伴い、半導体素子に形成される絶縁層の低誘電率化により絶縁層のポーラス化が進んでいる。そのため、従来のフリップチップ実装におけるＡｕバンプなどの実装工程で、Ａｕバンプ下の絶縁層に加わる応力で、絶縁層にクラックなどのダメージが発生するなどの課題がある。
【０００７】
一方、狭ピッチ化を避けるために半導体素子の回路形成面全体を用いて導電性バンプを形成するエリアバンプ方式では、実装エリア全体に実装基板の高い平面度が要求される。一般に、エリアバンプ方式では、まず、半導体素子に複数の電極端子を形成し、その電極端子上にはんだやＡｕなどによるバンプを形成する。つぎに、その半導体素子のバンプを回路基板上に形成された接続端子に対向させて、上記電極端子上のバンプをそれぞれ対応する接続端子と電気的に接合する。さらに半導体素子と回路基板との電気的、機械的接合を向上するために、半導体素子と回路基板間に樹脂材料を充填（アンダーフィル）する、という工程で作製する。
【０００８】
しかしながら、電極端子数が５０００個を超えるような次世代ＬＳＩを回路基板に実装するためには、１００μｍ以下の狭ピッチに対応したバンプ形成が必要となるが、現在のはんだバンプ形成技術では、それに対応することは難しい。
【０００９】
また、電極端子数に応じて多数のバンプを形成する必要があるため、低コスト化を図るには、半導体素子あたりの実装タクトの短縮による高い生産性も要求される。
【００１０】
従来、バンプ形成技術としては、めっき法やスクリーン印刷法などが用いられているが、めっき法は狭ピッチには適するものの、工程が複雑になる点で生産性に問題がある。
【００１１】
また、スクリーン印刷法は、生産性には優れているが、マスクを用いているため狭ピッチ化に対応することが困難である。
【００１２】
このような状況において、近年ＬＳＩチップの電極端子や回路基板の接続端子上に、はんだバンプを選択的に形成する技術がいくつか提案されている。これらの技術は、微細バンプの形成に適しているだけでなく、バンプの一括形成ができるため、生産性にも優れており、次世代ＬＳＩの回路基板への実装に適する技術として注目されつつある。
【００１３】
上記の技術としては、まず、表面に酸化皮膜が形成されたはんだ粉末とフラックスの混合物によるソルダーペーストを、接続端子が形成されている回路基板上の全面に塗布する。そして、その状態で回路基板を加熱することにより、はんだ粉末を溶融させ、隣接する接続端子間で短絡を起こさずに、接続端子上に選択的にはんだ層を形成させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
また、有機酸鉛塩と金属錫を主要成分とするペースト状組成物を接続端子が形成された回路基板全面に塗布し、回路基板を加熱することによってＰｂとＳｎの置換反応を起こして、Ｐｂ／Ｓｎの合金を回路基板の接続端子上に選択的に析出させるものもある（例えば、特許文献２または非特許文献１参照）。
【００１５】
さらに、表面に電極が形成された回路基板を薬剤に浸して接続端子の表面のみに粘着性皮膜を形成した後、その粘着性皮膜にはんだ粉末を接着させた後、これを加熱溶融して接続端子上に選択的にバンプを形成させるものもある（例えば、特許文献３参照）。
【００１６】
しかしながら、これらはいずれも半導体素子の電極端子上または回路基板の接続端子上にバンプを形成させる方法を示すものである。通常のフリップチップ実装では、バンプを形成した後、半導体素子を回路基板上に搭載し、はんだリフローによりバンプを介して接続端子と電極端子間の接合を行う工程および回路基板と半導体素子との間にアンダーフィル材を注入して半導体素子を回路基板に固定する工程が必要となり、コストアップの原因となっている。
【００１７】
このような課題を解決するために、最近、半導体素子の突起電極と回路基板上の接続端子間に導電粒子を含有する異方性導電接着剤よりなるフィルムを挟んで加熱、加圧することにより所定の導通部分のみ電気的に接合するものがある（例えば、特許文献４参照）。
【００１８】
さらに半導体素子の電極端子と回路基板のランド間にはんだ粒子を含有させた熱硬化性樹脂（導電性接着剤）を供給し、半導体素子を加圧すると同時にその樹脂を加熱し、樹脂が硬化する前にはんだ粒子を溶融させる。これにより、半導体素子の電極端子と回路基板のランド間の電気的接続を行うと同時に半導体素子と回路基板とを接合する技術などがある（例えば、特許文献５参照）。
【００１９】
しかしながら、回路基板と半導体素子とを、溶融したはんだ粒子の集合により接合する場合、一般的に基板上に塗布された導電性接着剤は、その加熱段階において高分子化の進行により徐々に粘度が上昇する。そのため、はんだ粒子が充分に電極端子上へ移動することができずに、さらに樹脂の硬化により、一部のはんだ粒子が電極端子間以外の部分に残存し、絶縁性を低下させるという課題があった。
【００２０】
上記課題を解決するために、はんだ粒子を含む導電性接着剤に対流添加剤を含有させ、回路基板を加熱する工程における温度上昇中に、対流添加剤から発生するガスの対流によって導電性接着剤中に分散したはんだ粒子を、強制的に流動させ、電極端子上へ自己集合させる方法が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【特許文献１】特開２０００−９４１７９号公報
【特許文献２】特開平１−１５７７９６号公報
【特許文献３】特開平７−７４４５９号公報
【特許文献４】特開２０００−３３２０５５号公報
【特許文献５】特開２００４−２６０１３１号公報
【特許文献６】特開２００６−１１４８６５号公報
【非特許文献１】エレクトロニクス実装技術、２０００年９月号、ｐｐ３８−４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、特許文献６に示された導電性バンプにおいては、溶融したはんだ粒子の電極端子上への移動が、ガスの発生に伴う対流のみによって行われるため、電極端子上に充分な量のはんだ粒子が集合しにくく、また電極端子間に接着剤として存在する樹脂中に残存するはんだ粒子による絶縁性に課題を残していた。
【００２２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、低ダメージでの実装を実現するとともに、電極端子間の短絡を未然に防止できる狭ピッチの導電性バンプとその形成方法およびそれを用いた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】
【００２３】
上述したような課題を解決するために、本発明の導電性バンプは、電子部品の電極端子上に形成された導電性バンプであって、導電性バンプが、少なくとも導電粒子と感光性樹脂を含む導電ポストと、導電ポストの表面を導電粒子で被覆した導電金属層とを有する。
【００２４】
さらに、電子部品が、回路基板または半導体素子である。
【００２５】
これらの構成により、狭ピッチの導電性バンプを形成できるとともに、導電ポストにより、低い加圧力での接続を実現できる。また、導電ポストを導電金属層で被覆することにより低い接続抵抗での接続により高速な信号伝達ができる。さらに、感光性樹脂で導電ポストを形成するため、高いアスペクト比や任意形状の導電性バンプを容易に形成できる。
【００２６】
また、本発明の導電性バンプの形成方法は、複数の電極端子を有する電子部品上に、少なくとも導電粒子、感光性樹脂、フラックス、対流発生剤を構成材料として含有する感光性導電樹脂組成物中を載置する工程と、電子部品上に、電極端子と対応する位置に開口部が設けられたマスクを配置し、紫外光または可視光を開口部より感光性導電樹脂組成物に照射して電極端子上に導電ポストを形成する工程と、電子部品を加熱し、感光性導電樹脂組成物中の導電粒子を溶融、対流させることにより、導電ポストの表面に導電金属層を形成する工程と、電子部品の電極端子以外の部分に残存する感光性導電樹脂組成物を除去する工程と、を含む。
【００２７】
この方法により、柔軟性を有する導電ポストを備えた導電性バンプを効率よく、かつ短時間に作製できる。また、電極端子間に残存する感光性導電樹脂組成物を除去することにより、絶縁性の高い信頼性に優れた導電性バンプを作製できる。
【００２８】
さらに、導電金属層を形成する工程が、対流発生剤の沸点より高い温度で行われる。
【００２９】
さらに、導電金属層を形成する工程において、対流発生剤は、感光性導電樹脂組成物中で対流することにより、感光性導電樹脂組成物を撹拌させる。
【００３０】
さらに、導電金属層を形成する工程において、導電粒子が、溶融した状態で感光性導電樹脂組成物中を流動する。
【００３１】
さらに、導電粒子が、はんだ粒子であり、５０重量部〜９０重量部の割合で感光性導電樹脂組成物に含有されている。
【００３２】
さらに、対流発生剤は、溶剤、グリセリン、ワックス、イソプロピルアルコール、酢酸ビニル、酢酸ブチル、ヘキサン、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、Ｎ−メチル−２ピロリドン、α−テルピネオールおよびエチレングリコールよりなる群より選ばれた少なくとも１種よりなる。
【００３３】
さらに、対流発生剤が、加熱時に分解してＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２などの気体を発生する分解型ガス発生剤として、水酸化アルミニウム、ドーソナイト、メタホウ酸アンモニウム、メタホウ酸バリウム、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、炭酸水素ナトリウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸カルシウム、ホウ酸よりなる群より選ばれた少なくとも１種よりなる。
【００３４】
さらに、対流発生剤は、感光性導電樹脂組成物の硬化反応開始温度と硬化温度との間に沸点または分解点を有し、その沸点において蒸発ガスを、またはその分解点において分解ガスを発生する。
【００３５】
これらにより、効率よく導電粒子を導電ポストに集合させて被覆し、電気抵抗の小さい導電性バンプを生産性よく形成することができる。
【００３６】
さらに、残存する感光性導電樹脂組成物を除去する工程が、ドライアイス洗浄法により行われる。
【００３７】
これにより、導電性バンプ間の感光性導電樹脂組成物を効率よく除去できるとともに、高い絶縁性を有し短絡などの生じにくい信頼性に優れた導電性バンプを作製できる。
【００３８】
また、本発明の半導体装置は、上記導電性バンプを用いて、回路基板の電極端子と半導体素子の電極端子とを電気的に接続した構成を有する。
【００３９】
これにより、半導体素子と回路基板を柔軟性を有する導電性バンプを介して、低い加圧力で接続できるため、薄型や機械的強度の低い半導体素子を効率よく、さらに高い信頼性で実装した半導体装置を実現できる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の導電性バンプおよびその形成方法によれば、狭ピッチ化に対応できるとともに、低い加圧力での接続を実現する柔軟性を有する導電性バンプを形成することができる。また、それを用いて半導体素子と回路基板とを低い加圧力で接続することにより、半導体素子の破損などの生じにくい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】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら、各図面において同一構成要素には同一符号を付して説明する。
【００４２】
（第１の実施の形態）
以下、図１を用いて、本発明の第１の実施の形態における導電性バンプの構造について説明する。なお、以降では電子部品として、回路基板を用い、その上に導電性バンプを形成する例で説明するが、半導体素子でも同様である。
【００４３】
図１は、本発明の第１の実施の形態における導電性バンプの構造を説明する断面図である。
【００４４】
図１に示すように、導電性バンプ３は、例えばガラス−エポキシ基板、アラミド基板、ポリイミド基板やセラミック基板などの回路基板１の表面に設けられた電極端子２の上に形成されている。なお、電極端子２は、例えばＮｉやＣｕなどの表面に０．１μｍ〜０．３μｍのＡｕが皮膜された構成やＣｕの表面にはんだをプリコートした構成を有する。
【００４５】
そして、導電性バンプ３は、少なくとも、例えばはんだ粒子などの導電粒子６と感光性樹脂７を含む柔軟性を有する導電ポスト４と、導電ポスト４および電極端子２の表面を導電粒子６が溶融して被覆された導電金属層５とにより構成される。
【００４６】
ここで、導電ポスト４は、導電粒子６と感光性樹脂７とで構成されているため、はんだバンプや金バンプなどに比べて弾性率が小さく柔軟性を備えている。例えば、金バンプの場合、ダイナミック硬さで、６０〜９０であるが、本発明の第１の実施の形態の導電性バンプのダイナミック硬さは、５〜３０程度で、導電粒子６と感光性樹脂７の材料構成、配合比や硬化光量、時間などにより任意に設定できる。また、導電性バンプ３を被覆する導電金属層５により、高い導電性を得ることができる。なお、導電金属層５の厚みは、任意であるが、導電ポスト４の柔軟性を確保できる、例えば０．１μｍ〜５μｍ程度の厚みに形成することが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００４７】
なお、図１では、半球状の断面を有する導電性バンプ３を例に説明したが、以下の形成方法で詳細に述べるように、導電ポスト４は光造形法で形成できるため、任意の形状で形成することができる。例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、高いアスペクトを有する形状、らせん状の形状、コの字型に積み重ねた形状などに形成できる。
【００４８】
したがって、本実施の形態における導電性バンプ３を備えた回路基板１に半導体素子（図示せず）をフリップチップ実装した場合、実装時の押圧力に対して導電ポスト４および導電金属層５はその柔軟性により、押圧力を吸収するとともに、低い加圧力での実装を可能とできる。その結果、回路基板１や半導体素子の破損を未然に防止し効率よく実装できる。さらに、回路基板１の反りや変形などによる導電性バンプ３の高さの違いを、導電性バンプ３の変形により吸収できるため、高い接続信頼性を確保することができる。
【００４９】
以下に、本発明の第１の実施の形態における導電性バンプの形成方法について、図３〜図６を用いて説明する。
【００５０】
まず、図３を用いて導電性バンプの形成方法の概略を説明し、図４で導電ポストの形成方法、図５で導電金属層の形成方法および図６で残存する導電性ペーストの除去方法について、詳細に説明する。
【００５１】
図３（ａ）〜（ｄ）は、導電性バンプ３の形成方法を模式的に説明する工程断面図である。
【００５２】
図３（ａ）に示すように、複数の電極端子２が設けられた回路基板１の上面にバインダとなる感光性樹脂２１と、例えばはんだ粒子からなる導電粒子２２を主成分とし、さらに対流発生剤２３を含有する感光性導電樹脂組成物（以下、「導電性ペースト」と記す）２４を載置する。なお、図示していないが、感光性樹脂２１は、例えば光重合性オリゴマー（アクリレートまたはエポキシ樹脂）、反応性希釈剤（アクリレートモノマーまたはエポキシモノマー）および光重合開始剤（ベンゾインまたはパーオキシド）を主成分として含有している。
【００５３】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、後述する光造形法を用いて、導電ポスト４を形成する。すなわち、導電性ペースト２４と対向して、液晶マスク２５を配置し、液晶マスク２５の開口部２６を、回路基板１の電極端子２と対応する位置に合わせる。そして、液晶マスク２５の開口部２６を介して、例えば紫外光２７を図面中の矢印で示すように導電性ペースト２４に照射し、導電性ペースト２４中の感光性樹脂２１を電極端子２の上で順次硬化させ、導電ポスト４を形成する。このとき、一般に導電ポスト４の外表面には、導電粒子２２が露出または感光性樹脂２１の薄い膜で皮膜された状態で形成される。
【００５４】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、導電粒子２２が溶融する、例えば１５０℃程度の温度に回路基板１を加熱する。このとき、導電性ペースト２４中に添加された対流発生剤２３が沸騰または分解してガス２３ａを発生させる。
【００５５】
そして、温度上昇に伴い、導電性ペースト２４の粘度が下がるとともに、対流発生剤２３が沸騰または分解したガス２３ａにより、導電性ペースト２４内で図面中の矢印で示すような対流が発生する。このとき、対流による運動エネルギーで導電性ペースト２４の流動が促進され、溶融した導電粒子２２は電極端子２上に形成された導電ポスト４の周辺に導電粒子６を介して自己集合する。これにより、導電ポスト４の表面に露出した導電粒子６と濡れ接合しながら、はんだからなる導電金属層５が形成され成長する。この結果、導電ポスト４の少なくとも外表面に導電金属層５を有する導電性バンプ３が形成される。なお、導電ポスト４の外表面に限られず、例えば導電ポスト４中に取り込まれた対流発生剤２３が加熱により導電ポスト４にガスの抜け穴などを形成し、その抜け穴にも導電金属層が形成される場合もある。
【００５６】
このとき、導電金属層の形成に関与しない導電粒子は、回路基板の電極端子以外の領域では、例えば電極端子以外の回路基板を被覆するレジストなどにより、濡れ性が小さいため、導電粒子同士が表面張力により合体し、ある程度の大きさをもって、導電性ペースト中に残存する場合がある。
【００５７】
そこで、図３（ｄ）に示すように、導電金属層５を、例えば１μｍ程度の必要な厚さに成長させた後、導電性バンプ３以外の回路基板１上に残存する導電性ペースト２４を、例えばドライアイス洗浄法を用いて除去する。ここで、ドライアイス洗浄法は、図６を用いて詳細に説明するように、ドライアイスパウダー２８を噴射し、残存する導電性ペースト２４を破砕または分解して残存する導電粒子２２とともに除去するものである。
【００５８】
以上の工程により、図１に示す導電ポスト４と導電金属層５で構成された導電性バンプ３が回路基板１上の電極端子２上に形成される。
【００５９】
ここで、導電粒子６、２２としては、Ｐｂ−Ｓｎ合金など従来のはんだ粒子も使用可能であるが、最近の環境問題から開発、使用されているＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｂｉ−ＺｎまたはＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｃｕなどのいわゆる鉛フリーはんだを使用することが好ましい。
【００６０】
また、対流発生剤２３は、蒸発型対流発生剤として、溶剤、グリセリン、ワックス、イソプロピルアルコール、酢酸ビニル、酢酸ブチル、ヘキサン、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、Ｎ−メチル−２ピロリドン、α−テルピネオール、エチレングリコール、エチレングリコールなどを用いることができる。さらに、加熱時に分解してＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２などの気体を発生する分解型ガス発生剤として、水酸化アルミニウム、ドーソナイト、メタホウ酸アンモニウム、メタホウ酸バリウム、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、炭酸水素ナトリウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸カルシウム、ホウ酸などのそれぞれいずれかを用いることが可能である。
【００６１】
以下に、本発明の第１の実施の形態の導電性バンプ３を構成する導電ポスト４の形成方法について、図４を参照しながら詳細に説明する。なお、図４において、図３と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００６２】
図４は、本発明の第１の実施の形態における導電ポスト４の形成方法を説明するための主要工程の断面図で、図４（ａ）は導電ポスト４の初期段階の形成工程、図４（ｂ）は図４（ａ）以降の形成工程を説明する工程断面図である。
【００６３】
図４（ａ）に示すように、例えば外周壁３１ａと底部３１ｂとからなる容器３１の内部に図３で説明した導電性ペースト２４を、少なくとも回路基板１の電極端子２の表面が浸漬される程度以上の高さまで入れる。なお、容器３１の底部３１ｂは、導電性ペースト２４を硬化するための紫外光２７を透過することができる、例えば石英などの透明部材で構成されている。
【００６４】
つぎに、回路基板１の電極端子２と対応して開口させた開口部２６を有する液晶マスク２５を、容器３１の底部３１ｂの下方に配置する。この状態で、液晶マスク２５の開口部２６を介して紫外光２７を底部３１ｂから電極端子２上にある導電性ペースト２４に照射する。
【００６５】
そして、照射開始時に開口部２６ａを通過した紫外光２７により、電極端子２と底部３１ｂとの間にある導電性ペースト２４が硬化する。このとき、回路基板１を装着したステージ（図示せず）を上方へ引き上げながら、さらに、液晶マスク２５の開口部２６の形状を、例えば連続的に狭めていくことにより、断面形状が台形状の硬化部４ａが形成される。
【００６６】
つぎに、図４（ｂ）に示すように、紫外光２７の照射中に回路基板１を上方へ引き上げながら、液晶マスク２５の開口部の形状を開口部２６ｂのように連続的に狭めていくことにより、断面形状が台形状の硬化部４ｂを積み上げて硬化させ、最終的に図１に示すような、例えば半球状の導電ポスト４を形成することができる。
【００６７】
なお、導電ポスト４の形状は、例えば回路基板１の引き上げ速度および開口部２６の面積などの形状制御により、図２に示すように導電ポスト４のアスペクト比や形状を任意に調整することができる。これにより、例えば導電ポスト４の形状を円柱状、円錐状または角柱状など任意の形状に形成することが可能である。
【００６８】
また、開口部２６の形状および面積の調整は、マトリックス状に形成された複数の液晶セルからなる液晶マスクに印加する電圧により電気的に制御することができる。
【００６９】
また、液晶マスクの開口部を液晶の表示階調（例えば、２５６階調）を活用し、その周辺部付近を白抜きではなくグレー色調を用いることにより、散乱光による余剰硬化を減らすことができ、導電ポストの端辺をシャープにすることができる。
【００７０】
また、本発明の第１の実施の形態では、回路基板１の電極端子２を除く面に、例えばレジストなどで保護層２９を形成しているが、形成していない場合でも導電ポスト４の形成は同様に行うことができる。
【００７１】
以下に、光造形法により形成した導電ポスト４の表面に導電金属層５を形成する形成方法について、図５を用いて詳細に説明する。
【００７２】
まず、図５（ａ）は、図４に示した導電ポスト４を形成した後、導電性ペースト２４が入った容器３１から回路基板１を取り出した状態を示すものである。このとき、導電ポスト４は、紫外光の照射により硬化した感光性樹脂７中に、例えばはんだ粒子などの導電粒子６が密集し、互いに部分的に接触した状態で固化するとともに、導電ポスト４の表面に、導電粒子６の一部が露出している。
【００７３】
また、回路基板１上および導電ポスト４の外表面上には導電性ペースト２４が液体状で付着している。
【００７４】
つぎに、図５（ｂ）に示すように、回路基板１を加熱し、導電粒子６であるはんだ粒子の溶融温度まで上昇させて、導電ポスト４以外の領域の導電粒子２２の粘度を低下させて、導電性ペースト２４中を流動させる。このとき、導電性ペースト２４中の対流発生剤２３が沸騰または分解によりガス２３ａを発生し、これにより図面中の矢印で示すような対流を生じ導電性ペースト２４が撹拌する。そして、攪拌や熱などによるエネルギーにより、流動している溶融した導電粒子２２は、導電ポスト４の外表面への自己集合が促進される。すなわち、回路基板１上の導電ポスト４は、光照射により、すでに固化した状態で回路基板１上に形成されているため、溶融した導電粒子２２の流動が導電ポスト４の周辺で抑制される。その結果、導電ポスト４の表面に露出している導電粒子６は、溶融した導電粒子２２を捕捉しながら濡れ接合し、はんだからなる導電金属層５が導電ポスト４の表面に形成される。
【００７５】
このとき、対流発生剤２３が沸騰や気化する温度または分解してガスを発生する温度は、はんだ粒子などの導電粒子の融点以上であることが好ましい。
【００７６】
そして、発生したガス２３ａは、導電性ペースト２４を流動させた後、導電性ペースト２４から外部へ排出される。このとき、導電ポスト内に取り込まれていた対流発生剤のガスにより、導電ポストのガスの抜け道が形成される場合がある。
【００７７】
つぎに、図５（ｃ）に示すように、加熱工程の終了とともに、回路基板１の電極端子２の面には、導電ポスト４の周囲が導電金属層５で被覆された導電性バンプ３が形成される。このとき、導電性バンプ３以外の回路基板１上には、導電粒子２２の一部が残存した導電性ペースト２４が硬化または半硬化した状態で残っている。
【００７８】
そして、回路基板１上に残存する導電性ペースト２４は、以下で説明するドライアイス洗浄法により、除去される。
【００７９】
以下に、図６を用いて、残存する導電性ペースト２４の除去方法の一例である、ドライアイス洗浄法について説明する。
【００８０】
図６は、ドライアイス洗浄法を模式的に説明する工程断面図である。
【００８１】
まず、図６（ａ）に示すように、回路基板１の電極端子２上に形成された導電性バンプ３以外の残存する導電性ペーストを除去するためにドライアイス６１を回路基板１の表面に噴射する。このとき、ドライアイス６１は、ノズル（図示せず）から粒状またはペレット状で圧縮空気によって噴射され、導電性ペースト２４と衝突する。これにより、導電性ペースト２４にマイクロクラック６２が発生し、導電性ペースト２４と回路基板１との界面にドライアイス６１が浸入する。ここで、導電性バンプ３中にはドライアイス６１が浸入しないように、噴射エネルギーなどが調整されるとともに、導電金属層５により、その侵入が阻止される。
【００８２】
つぎに、図６（ｂ）に示すように、回路基板１の面に到達したドライアイス６１は、気化し急激に膨張する。そして、その膨張６３によって導電性ペースト２４を構成する感光性樹脂２１の成分やはんだ粒子からなる導電粒子２２を回路基板１から剥離、飛散させる。
【００８３】
そして、図６（ｃ）に示すように、導電性バンプ３以外の領域に導電性ペーストなどの残存しない回路基板１を作製できる。
【００８４】
この方法により、従来の溶剤などを用いた湿式洗浄法やプラズマなどを用いた物理的な洗浄法では困難であった微細ピッチの導電性バンプ間の洗浄が可能となる。その結果、残存物に起因する絶縁抵抗の低下や経時的な変化を効果的に防止した導電性バンプ３を備えた回路基板１を作製できる。
【００８５】
また、従来の湿式洗浄法における乾燥工程を必要としないため、工程を簡略化できるとともに、半導体素子上に導電性バンプを形成する場合でも半導体素子へのダメージを小さくすることが可能となる。
【００８６】
なお、ドライアイスの噴射には圧縮空気の他、窒素ガス、炭酸ガスなどを用いることができる。
【００８７】
なお、本実施の形態では、紫外光の照射による導電性ペーストの硬化反応が密閉されて酸素の介在しない条件下で行うことができるため、酸素の介在によりクェンチングを生じやすい感光性樹脂を使用できる。例えば、導電性ペーストに使用される感光性樹脂材料としては、機械特性や熱的特性に優れるウレタンアクリレート、エポキシアクリレートなどの光重合性オリゴマーおよび光重合開始剤としてベンゾイン系、アセトフェノン系、また粘度調整のための反応性希釈剤としてアクリレートからなる樹脂材料を用いることができる。
【００８８】
さらに、本実施の形態では、回路基板１上の電極端子２上に導電ポスト４を形成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、回路基板１の代わりに半導体素子を用いてもよい。この場合、複数の半導体素子がシリコン基板上に形成された半導体ウェハの状態で形成してもよく、生産性を大幅に向上できる。
【００８９】
（第２の実施の形態）
以下に、本発明の第２の実施の形態における導電性バンプについて説明する。第２の実施の形態は、導電性バンプの導電ポストの形成方法が、第１の実施の形態と異なる以外は同じであるので、第１の実施の形態と異なる点についてのみ説明する。
【００９０】
図７は、本発明の第２の実施の形態における導電ポストの形成方法を説明するための主要工程の断面図で、図７（ａ）は導電ポスト４の初期段階の形成工程、図７（ｂ）は図７（ａ）以降の形成工程を説明する工程断面図である。なお、図７において、図４と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００９１】
すなわち、図７に示す導電ポスト４の形成方法は、回路基板１を導電性ペースト２４中に沈降させながら導電ポスト４を形成する点で第１の実施の形態と異なるものである。ここで、図７においては、回路基板１は、電極端子２を２個のみとし、かつ保護層を形成していない構成を例に示している。
【００９２】
まず、図７（ａ）に示すように、容器４１の内部に、ステージ（図示せず）に設置された回路基板１を、その電極端子２が形成された面を上向きにして導電性ペースト２４中に浸漬する。このとき、回路基板１に形成された電極端子２の面を常に導電性ペースト２４が覆うように、導電性ペースト２４の液面と電極端子２表面との間隔を調整しながら、液晶マスク２５の開口部２６を介して紫外光２７を導電性ペースト２４に照射する。
【００９３】
そして、液晶マスク２５の開口部２６ａを通過した紫外光２７により、電極端子２の表面上にある導電性ペースト２４が硬化する。このとき、回路基板１を装着したステージ（図示せず）を下方へ沈降させながら、さらに、液晶マスク２５の開口部２６ａの形状を、例えば連続的に狭めていくことにより、断面形状が台形状の硬化部４ａが形成される。
【００９４】
つぎに、図７（ｂ）に示すように、紫外光２７の照射中に回路基板１をさらに沈降させながら、同時に液晶マスク２５の開口部の形状を開口部２６ｂのように連続的に狭めていく。これにより、硬化部４ａ上に、断面形状が台形状の硬化部４ｂを積み上げて硬化させ、最終的に図１に示すような半球状の導電ポスト４を形成することができる。
【００９５】
なお、本実施の形態で使用する液晶マスク２５も図４で説明したものと同様に、例えば回路基板１の沈降させる速度および開口部２６の面積などの形状制御により、図２に示すように導電ポスト４のアスペクト比や形状を任意に調整することができる。そして、例えば導電ポスト４の形状を円柱状、円錐状または角柱状など任意の形状に形成することが可能である。
【００９６】
また、開口部２６の形状および面積の調整は、マトリックス状に形成された複数の液晶セルからなる液晶マスクに印加する電圧により電気的に制御することができる。
【００９７】
また、本実施の形態における導電性ペースト２４に用いられる感光性樹脂材料としては、光重合開始剤のフリーラジカル生成の際に引き起こされる空気中の酸素によるクェンチングやスカベンジングなどの空気阻害性の影響を受けないという点で、パーオキシド、オニウムなどを光重合開始剤とするエポキシ樹脂系のオリゴマーおよび反応性希釈剤としてのモノマーを含有する樹脂材料を用いることが好ましいが、これに限られるものではない。
【００９８】
なお、上記各実施の形態では、感光性樹脂材料として、例えばピーク感度が３６０ｎｍのウレタンアクリレート−ベンゾイン系紫外光硬化型の感光性樹脂を用いた例について説明したが、ピーク感度が４８８ｎｍに調節されたエポキシ−オニウム系可視光硬化型の感光性樹脂を用いることが可能である。これにより、図４の底部３１ｂの透明部材に使用できる材料が限定されず、安価な材料を用いることができる。また、液晶マスクを構成する液晶の紫外光による劣化を大幅に低減し、長期間の使用を可能にできる。
【００９９】
以下、本発明の各実施の形態に用いられる導電性ペースト２４の具体的な実施例について説明する。
【０１００】
（実施例１）
実施例１として、以下に示す導電性ペーストを配合した。
【０１０１】
はんだ粒子（粒径２μｍ〜１０μｍ）６０ｗｔ％〜９０ｗｔ％と感光性樹脂（アクリレート系）１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％で配合した。さらに、感光性樹脂として、ウレタンアクリレートオリゴマー６０．０ｗｔ％、アクリレートモノマー３０．０ｗｔ％、ベンゾイン３．０ｗｔ％およびイソプロピルアルコール７．０ｗｔ％で配合した。
【０１０２】
上記導電性ペーストを用いて、導電ポストの形状１５μｍ×１５μｍ×高さ５０μｍ、電極端子間ピッチ５０μｍ、導電性バンプ形状２０μｍ〜２５μｍ×高さ５０μｍ〜５５μｍを形成した。このときの導電性バンプのダイナミック硬さは、２６で充分な柔軟性を有していた。
【０１０３】
（実施例２）
実施例２として、以下に示す導電性ペーストを配合した。
【０１０４】
はんだ粒子（粒径２μｍ〜１０μｍ）６０ｗｔ％〜９０ｗｔ％と感光性樹脂（アクリレート系）１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％で配合した。さらに、感光性樹脂として、エポキシオリゴマー４５．０ｗｔ、エポキシモノマー２５．０ｗｔ、オニウム２０．０ｗｔ、ゼラチンマイクロカプセル１０．０ｗｔ％で配合した。
【０１０５】
上記導電性ペーストを用いて、導電ポストの形状２０μｍ×２０μｍ×高さ１００μｍ、電極端子間ピッチ５０μｍ、導電性バンプ形状２５μｍ〜３０μｍ×高さ１０３μｍ〜１１０μｍを形成した。このときの導電性バンプのダイナミック硬さは、５０であった。
【０１０６】
そして、上記実施例で形成した導電性バンプは、熱衝撃や機械的衝撃を受けても接続不良が生じにくく、信頼性に優れていた。また、微小な径でも、大きなアスペクト比を有する導電ポストを容易に形成できるので、回路基板と半導体素子とをフリップチップ実装する場合、狭ピッチであっても短絡などのない接続が可能であった。さらに、導電ポストの外表面に導電粒子からなる導電金属層が形成されているため、導電金属層の固有抵抗値に近い優れた接続抵抗（＜２０ｍΩ／バンプ）を有していた。
【０１０７】
（第３の実施の形態）
以下に、本発明の第３の実施の形態における半導体装置について説明する。
【０１０８】
図８は、本発明の第３の実施の形態における半導体装置を説明する断面図である。図９は、本発明の第３の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【０１０９】
図８に示すように、本発明の第１の実施の形態または第２の実施の形態を用いて回路基板１の電極端子２上に形成された導電性バンプ３を介して半導体素子７１の電極端子７２と、例えばフリップチップ実装により接続して半導体装置を構成したものである。
【０１１０】
以下に、図９を用いて、図８を参照しながら、半導体装置の製造方法を説明する。
【０１１１】
まず、半導体素子７１の電極端子７２面側に、導電性ペースト２４を塗布などにより供給する（Ｓ１）。
【０１１２】
つぎに、導電性ペースト２４を、液晶マスクの開口部を介して露光し、電極端子７２上に導電ポスト４を形成する（Ｓ２）。
【０１１３】
つぎに、導電性ペースト２４を加熱して、対流発生剤のガス発生により対流させ、導電ポスト４の表面に、例えばはんだからなる導電金属層５を形成し、導電性バンプ３を作製する（Ｓ３）。
【０１１４】
つぎに、導電性バンプ３の周囲に残存する未露光の導電性ペースト２４を洗浄する（Ｓ４）。これにより、電極端子７２上に導電性バンプ３を備えた半導体素子７１が作製される。
【０１１５】
つぎに、回路基板１の電極端子２側にフラックスを供給する（Ｓ５）。
【０１１６】
つぎに、半導体素子７１の導電性バンプ３と、回路基板１の電極端子２を位置合わせし、フラックスを介して、常温（例えば、２５℃）で実装する（Ｓ６）。
【０１１７】
つぎに、上記回路基板１と半導体素子７１を実装した状態で、例えば２５０℃の加熱炉により、導電性バンプをリフローする（Ｓ７）。これにより、回路基板の電極端子と半導体素子の電極端子が電気的に接続される。
【０１１８】
つぎに、回路基板と半導体素子に残存するフラックスなどを洗浄した後、乾燥する（Ｓ８）。
【０１１９】
つぎに、導電性バンプを介して接続された回路基板と半導体素子との間隙に、例えばエポキシ樹脂などのアンダーフィル材を注入し、アンダーフィル材を硬化させる（Ｓ９）。これにより、半導体素子と回路基板が接着固定される。
【０１２０】
以上の工程により、リフロー時の硬化収縮による応力を導電性バンプの導電ポストで吸収し、信頼性に優れた半導体装置を作製できる。
【０１２１】
以下に、図１０を用いて、本発明の第３の実施の形態における半導体装置の製造方法の別の例について説明する。図１０は、図９のＳ６以降の工程で、特にリフロー工程がない点で異なり、他の工程は同様であるため、説明は省略する。
【０１２２】
まず、図９のＳ５までの工程により作製された半導体素子と回路基板を準備する。
【０１２３】
つぎに、回路基板１に半導体素子７１を実装した状態で、例えば荷重１ｇｆ／バンプで、例えば２５０℃程度のはんだの溶融温度以上で加熱しながら実装する（Ｓ６１）。
【０１２４】
つぎに、回路基板と半導体素子に残存するフラックスなどを洗浄した後、乾燥する（Ｓ７１）。
【０１２５】
つぎに、導電性バンプを介して接続された回路基板と半導体素子との間隙に、例えばエポキシ樹脂などのアンダーフィル材を注入し、アンダーフィル材を硬化させる（Ｓ８１）。これにより、半導体素子と回路基板が接着固定される。
【０１２６】
以上の工程により、リフロー時の熱応力を回避するとともに、導電性バンプの導電ポストにより荷重による応力を吸収し、信頼性に優れた半導体装置を作製できる。また、１ｇｆ／バンプという従来の１／２０程度の低荷重で実装することができる。
【０１２７】
以下に、図１１を用いて、本発明の第３の実施の形態における半導体装置の製造方法のさらに別の例について説明する。図１１は、図９のＳ５以降の工程で、特にリフロー工程やアンダーフィル材の注入工程がない点で異なり、他の工程は同様であるため、説明は省略する。
【０１２８】
まず、図９のＳ４までの工程により作製された導電性バンプを備えた半導体素子を準備する。
【０１２９】
つぎに、回路基板１の電極端子２側にフラックスを含有した、例えばエポキシ樹脂などの封止剤を供給する（Ｓ５２）。
【０１３０】
つぎに、回路基板１の電極端子２と半導体素子７１の電極端子７２を位置合わせした状態で、例えば荷重１ｇｆ／バンプで、リフロー温度よりも低い、例えば２５０℃程度のはんだの溶融温度以上で加熱しながら圧着して実装する（Ｓ６２）。
【０１３１】
つぎに、回路基板と半導体素子に残存するフラックス含有の封止剤を、例えば１５０℃、１時間の加熱で、フラックスを飛散させる（Ｓ７２）とともに、封止剤をアフターキュアする（Ｓ８２）。これにより、半導体素子と回路基板が封止剤により接着固定される。
【０１３２】
以上の工程により、リフロー時の熱応力を回避するとともに、導電性バンプの導電ポストにより荷重による応力を吸収し、信頼性に優れた半導体装置を作製できる。また、１ｇｆ／バンプという従来の１／２０程度の低荷重で圧着実装することができる。さらに、製造工程を簡略化できるため、半導体装置を生産性よく作製できる。
【０１３３】
なお、上記各製造工程では特に具体的には説明していないが、第１の実施の形態と同様の材料を用いることができるものである。
【０１３４】
本発明の半導体装置によれば、回路基板の電極端子と半導体素子の電極端子とを、導電ポストとその外表面を被覆する導電金属層で構成された柔軟性を有する導電性バンプにより接続できるため、低い加圧力で、かつ接続抵抗の低い接合が可能となる。また、回路基板などの反りや変形を柔軟性を有する導電性バンプにより吸収できるため、安定した接続を容易に実現できる。
【０１３５】
その結果、今後ますます薄型化が進み、しかも機械的強度の低いＬｏｗ−ｋ材料からなる半導体素子を回路基板と、高い接続信頼性で接続し、生産性に優れた半導体装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の導電性バンプとその形成方法によれば、狭ピッチで薄型化が要望される半導体実装分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における導電性バンプの構造を説明する断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における導電性バンプの構造の別の例を示す断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態における導電性バンプの形成方法を模式的に説明する工程断面図
【図４】本発明の第１の実施の形態における導電ポストの形成方法を説明する工程断面図
【図５】本発明の第１の実施の形態における導電金属層の形成方法を説明する工程断面図
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるドライアイス洗浄法を模式的に説明する工程断面図
【図７】本発明の第２の実施の形態における導電ポストの形成方法を説明する工程断面図
【図８】本発明の第３の実施の形態における半導体装置を説明する断面図
【図９】本発明の第３の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するフローチャート
【図１０】本発明の第３の実施の形態における半導体装置の製造方法の別の例を説明するフローチャート
【図１１】本発明の第３の実施の形態における半導体装置の製造方法のさらに別の例を説明するフローチャート
【符号の説明】
【０１３８】
１    回路基板（電子部品）
２，７２    電極端子
３    導電性バンプ
４    導電ポスト
４ａ，４ｂ    硬化部
５    導電金属層
６，２２    導電粒子（はんだ粒子）
７，２１    感光性樹脂
２３    対流発生剤
２３ａ    ガス
２４    導電性ペースト
２５    液晶マスク
２６，２６ａ，２６ｂ    開口部
２７    紫外光
２８    ドライアイスパウダー
２９    保護層
３１，４１    容器
３１ａ    外周壁
３１ｂ    底部
６１    ドライアイス
６２    マイクロクラック
６３    膨張
７１    半導体素子
【図１】
2008140834.tif 000003
【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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