(57)【要約】【課題】体積あるいは高さの揃ったバンプを有してしかも能率よく製造することが可能であり、またバンプの材質によっては、その高さを相当大きく設定しても短絡等の問題を生じないバンプ付き配線基板を提供する。【解決手段】バンプ付き配線基板は、基板１０３と、線状又は柱状の長尺バンプ素材５０をその長手方向において所定長の柱状物に切断し、その柱状物を基板１０３の接続面に載置して、それらを該接続面に接合することにより形成された複数の接合バンプとを備える。上記配線基板１０３においては、バンプ素材５０を所定長に切断し、これを基板に載置・接合することによりバンプが形成されるので、バンプ素材５０の切断長制御によりバンプの体積あるいは高さのばらつきを小さく抑さえることができ、また、バンプの個数が多い場合でも能率よく製造できる。【選択図】　　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
線状又は柱状の長尺バンプ素材をその長手方向において所定長に切断した柱状物を前記基板の接続面に載置して、それらを該接続面に接合することにより形成された複数のバンプと、
を備えたことを特徴とするバンプ付き配線基板。
【請求項２】
前記バンプは、その高さｈが軸断面の最大径ｄより大きい柱状形態を有する請求項１に記載のバンプ付き配線基板。
【請求項３】
前記バンプは円柱状に形成されている請求項１又は２に記載のバンプ付き配線基板。
【請求項４】
前記バンプは、高さ２００μｍ以上の柱状に形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載のバンプ付き配線基板。
【請求項５】
複数の素材挿通孔がそれぞれ貫通形態で形成された金型を前記基板の上方において該基板との間に所定の隙間が形成されるように配置し、該金型の前記各素材挿通孔に対し前記長尺バンプ素材を、各々その末端部が所定長だけ前記基板側に突出するように挿通し、次いでそれら長尺バンプ素材の前記金型からの突出部分を所定の切断手段により切断して前記柱状物となし、これを前記基板上に載置し接合することにより前記バンプが形成された請求項１ないし４のいずれかに記載のバンプ付き配線基板。
【請求項６】
前記バンプは、柱状のバンプ本体と、そのバンプ本体の構成材質よりも溶融開始温度の低いろう材により形成され、該バンプ本体を前記接続面に対して接合する接合層とを有するものである請求項１ないし５のいずれかに記載のバンプ付き配線基板。
【請求項７】
前記バンプは、線状又は柱状の長尺バンプ素材をその長手方向において所定長に切断することにより形成された、前記バンプ本体となるべき柱状物を、前記基板の接続面に形成されたろう材パターン上に載置し、次いでそのろう材パターンを溶融させることにより該柱状物を前記接続面に接合して形成されたものである請求項６記載のバンプ付き配線基板。
【請求項８】
前記バンプは、
線状ないし柱状の芯材と、その芯材の周囲に配置されるとともに該芯材よりも溶融開始温度が低いろう材とからなる複合長尺バンプ素材を長手方向において所定長に切断して得られる複合柱状物を前記基板の接続面に載置して、そのろう材部分を溶融させることにより、
前記バンプ本体となるべき前記複合柱状物の芯材部分が、溶融した前記ろう材部分により前記接続面に接合されて形成されたものである請求項６記載のバンプ付き配線基板。
【請求項９】
前記基板は、前記接続面に別の基板ないし集積回路チップ等の被接続体を重ね合わせて予め定められた接続温度に加熱することにより、前記バンプを介して該被接続体が接続されることが予定され、
前記バンプは、前記接続温度において部分的に溶融して液相を生ずるとともに、その生じた液相部分と残余の固相部分とが互いに混合した状態を形成するものとして構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載のバンプ付き配線基板。
【請求項１０】
前記バンプは、少なくとも２００〜２２０℃の温度域において固相と液相とが共存した状態を形成し、かつ該温度域における固相の存在比率が２０〜９５重量％となる合金により構成されている請求項９記載のバンプ付き配線基板。
【請求項１１】
前記バンプは、多数の金属粒子と、それら金属粒子同士の隙間を充填するとともに該金属粒子の構成金属よりも溶融開始温度の低い金属からなる結合金属部とを有する複合材料によって構成されている請求項９記載のバンプ付き配線基板。
【請求項１２】
基板と、
その基板の接続面に配置されるとともに高さが２００μｍの柱状に形成された複数個のバンプとを有することを特徴とするバンプ付き配線基板。
【請求項１３】
基板と、
その基板の接続面に配置されるとともに、それぞれ柱状のバンプ本体と、そのバンプ本体の構成材質よりも溶融開始温度の低いろう材により形成され、該バンプ本体を前記接続面に対して接合する接合層とを備えた複数のバンプとを有することを特徴とするバンプ付き配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路チップをフリップチップ接続するためのフリップチップ接続用基板や、電子部品を搭載しプリント基板に接続するための電子部品搭載基板等、バンプを有する配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば集積回路チップを集積回路基板に実装する場合には、集積回路チップ及び集積回路基板の接続面に、複数の半田バンプを格子状又は千鳥状に形成し、これに集積回路チップを重ね合わせて所定の接続温度に加熱することにより半田バンプを介して両者を接続する、いわゆるフリップチップと呼ばれる接続方式が知られている。また、集積回路チップ等の電子部品を搭載した電子部品搭載基板とプリント基板（マザーボード等）との接続においては、電子部品搭載基板の他方の接続面（電子部品を搭載した接続面とは反対側の接続面）に接続用の高融点半田やＣｕ等のボールを用いて格子状に複数の半田バンプを形成し、これにプリント基板を重ね合わせて同様に加熱することにより接続する方式も知られており、このような基板はボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）基板と呼ばれる。
【０００３】
そして、上述のような基板に半田バンプを形成する方法としては、半田ペーストをスクリーンマスク（あるいはメタルマスク）を介して基板状の所定位置に印刷し、さらにこれを加熱して半田ペーストを溶融させることにより基板上にバンプを形成する半田ペースト印刷法が知られている。また、半田バンプの材質としては、一般には共晶組成又はそれに近い組成の半田が使用されるが、基板同士の接合を行う際にバンプの潰れが問題となることもあり、この場合はＣｕやＡｇ、あるいは高融点半田（例えばＰｂ−５重量％Ｓｎ合金）など高融点のボールを中心核としてバンプに内蔵することも行われている。後者においてはバンプは、まず共晶半田ペーストを基板上に盛り、これにさらにボールを搭載した後加熱してペーストを溶融させることによりボールと一体化させる方法で製造されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半田ペースト印刷法により半田バンプを形成する方法においては、塗布される半田ペーストの体積にばらつきが生じ易く、例えば体積が不足した場合には、基板接合の際にバンプ高さが不足して接続不良等につながり、逆に体積が過剰となった場合には、基板接続時に隣接するバンプとの間で短絡を生じたりする問題を生じうる。一方、ＣｕやＡｇなどの高融点のボールを内蔵したバンプを使用する場合には、ボールの直径によりバンプ高さが規定されるので接触不良等は生じにくいが、ボール搭載のための工数及び設備が余分に必要となるほか、ボールの搭載が困難になるため一定寸法以下の小さなバンプの製造ができない欠点がある。
【０００５】
また、基板同士をバンプを用いて接続する場合、図１７に示すように、上側の基板３０１と下側の基板３０２とが、接続処理時の熱膨張差により板面方向に相対的に変位することがある。この場合、両基板３０１，３０２を接続するバンプ３０３は、その変位の方向に剪断応力を受けて変形することとなる。このとき、バンプ３０３の高さｈが小さい場合には、図１７（ａ）に示すように、バンプ３０３が大きく剪断変形してクラック等のトラブルを生じ易い問題がある。バンプ３０３の高さｈが一定以上に大きければ、同図（ｂ）に示すように、バンプの剪断変形自体は小さく抑さえることができるが、この場合は上記とは別に次のような問題が生ずる。
【０００６】
まず、バンプが共晶半田により構成されている場合には、リフロー時にバンプがほぼ完全に溶融してバンプ形状が球状あるいは半球状となってしまい、バンプ高さを高くしようとすればバンプ径も大きくなってしまい、隣接するバンプ同士の絶縁を確保できなくなることがある。一方、バンプに高融点のボールを内蔵する場合も、バンプ高さを大きくするためにはボール径を大きくしなければならず、同様の問題が生ずる。そこで、上記高融点の金属材料をメッキにより基板上に柱状に成長させてバンプを形成する方法も考えられるが、バンプ高さｈが大きい場合はメッキ層を成長させるのに相当の時間を有する問題がある。特にＢＧＡ基板などに用いられる２００〜３００μｍ以上の高さを有するバンプの場合は、量産性を確保しつつこれをメッキにより形成することは実質的に不可能であり、実際にそのような高さを有する柱状のバンプが使用されたことはなかった。
【０００７】
本発明の課題は、体積あるいは高さの揃ったバンプを有してしかも能率よく製造することが可能であり、またバンプの材質によっては、その高さを相当大きく設定しても短絡等の問題を生じないバンプ付き配線基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上述の課題を解決するために、本発明のバンプ付き配線基板（以下、単に配線基板ともいう）は、基板と、線状又は柱状の長尺バンプ素材をその長手方向において所定長の柱状物に切断し、その柱状物を前記基板の接続面に載置して、それらを該接続面に接続することにより形成された複数のバンプとを備えたことを特徴とする。上記配線基板においては、バンプ素材を所定長に切断し、これを基板に載置・接合することによりバンプが形成されるので、バンプ素材の切断長制御により、バンプの体積あるいは高さのばらつきを小さく抑さえることができ、形成すべきバンプの個数が多い場合でも能率よく製造できる。また長尺バンプ素材は、ボール状やペースト状素材に比べて入手が容易で安価であるので、配線基板の製造コストを削減できる利点も生ずる。
【０００９】
上述のようなバンプ付き配線基板は、線状又は柱状の長尺バンプ素材をその長手方向において所定長の柱状物に切断する工程と、その柱状物を基板の接続面に載置する工程と、その載置された柱状物を基板の接続面に接合する工程とを含む製造方法により製造することができる。この場合、バンプの高さは、長尺バンプ素材の切断長（すなわち、柱状物の高さ）に応じて定まる。また、バンプ体積は、柱状物の軸断面径と高さに応じて定まる。
【００１０】
なお、基板のバンプ形成位置には下地導電性パッド（以下、単にパッドともいう）を予め形成しておくことができ、このパッド上に柱状物を載置してこれを接合することによりバンプを形成することができる。また、基板には、その接続面の全面あるいは少なくともパッド上にフラックスを塗布しておき、その後長尺バンプ素材を切断して得られる柱状物を載置してこれを接合するようにすれば、塗布されたフラックスにより柱状物とパッドとのぬれ性が向上するとともに、載置した柱状物がフラックスの粘性により仮固定されて位置ずれが発生しにくくなり、ひいては接合不良等のトラブルが生じにくくなる。
【００１１】
なお、本明細書でいう配線基板とは、集積回路チップが実装される基板だけでなく、プリント基板と接続される基板、及び集積回路チップ自身（即ちフリップチップ）をも意味する。具体的には、集積回路チップとの接続（フリップチップ接続）のために一方の面に複数のバンプが設けられた基板、一方の面にプリント基板との接続用の複数のバンプを備えた基板、あるいは複数のバンプを有する集積回路チップを意味する。それら複数のバンプは、線状又は面状に配列することができる。線状の配列パターンとしては、例えば四角形の枠状に配列する態様が挙げられる。また、面状の配列パターンとしては、例えば格子状又は千鳥状に配列する態様が挙げられる。
【００１２】
上記配線基板においてバンプは、その高さが軸断面の最大径より大きい柱状形態に形成することができる。バンプの高さを、その軸断面の最大径よりも大きくすることで、基板接合時にバンプが溶融・軟化により極端に変形を起こさない限り、図１７（ｂ）に示すように、バンプにより上下の基板３０１，３０２（例えば下側が本発明の配線基板、上側が被接続体）を接続する際に、それらが熱膨張差等により板面方向に相対的に変位したときのバンプの剪断変形を小さく抑さえることができ、ひいては変形に伴いバンプにクラックが生ずる等のトラブルが起こりにくくなる。また、従来のメッキ等の方法では製造困難であった高さの大きい柱状のバンプも、長尺バンプ素材の切断により簡単に形成することができる。
【００１３】
バンプの高さは、例えば２００μｍ以上に設定することができる。このようなバンプは、プリント基板とバンプ接続する集積回路パッケージ基板などのように基板間距離の大きい基板に特に好適に使用することができる。なお、このような基板に使用するバンプは、その高さを望ましくは３００μｍ以上とするのがよい。
【００１４】
また、バンプの軸断面形状は各種形状に形成可能であるが、例えば円形、すなわちバンプ全体を円柱状に形成することができる。これによれば、入手の容易な円形断面の長尺素材（例えば線材）をバンプ素材として使用できる利点がある。
【００１５】
上記バンプは、具体的には、複数の素材挿通孔がそれぞれ貫通形態で形成された金型を基板の上方において該基板との間に所定の隙間が形成されるように配置し、該金型の各素材挿通孔に対し長尺バンプ素材を、各々その末端部が所定長だけ基板側に突出するように挿通し、次いでそれらバンプ素材の金型からの突出部分を所定の切断手段により切断して柱状物となし、これを基板上に載置して接合することにより形成することができる。このようにすれば、多数のバンプを極めて能率よく製造することが可能となる。
【００１６】
より具体的には、下記のような装置を用いることにより、バンプをさらに能率的に製造できる。
▲１▼下型：板状に形成されるとともに、バンプ素材の対応する形状を有してこれを板厚方向に貫通する複数の素材挿通孔が、バンプ個数及びその配列形態に対応して孔設される。
▲２▼上型：下型に積層される板状に形成されて該下型に対し板面方向に相対移動可能に配置され、下型の素材挿通孔に対応する複数の素材挿通孔が形成される。
▲３▼型スライド手段：下型と上型とを板面方向に相対的にスライドさせる。
▲４▼基板搬送手段：基板を板面方向に間欠的に搬送する。
▲５▼基板位置決め手段：基板搬送手段の駆動を制御して、基板を下型に対し、そのバンプ載置位置が対応する素材挿通孔に位置合わせされるように位置決めする。
▲６▼型接近・離間手段：基板に対し、上型と下型とを相対的にかつ一体的に接近・離間させる。
▲７▼線材送り手段：下型の素材挿通孔と上型の素材挿通孔とを互いに一致させた状態で、それら素材挿通孔に長尺バンプ素材を所定長ずつ間欠的に送り込む。
【００１７】
以下、本発明において採用可能なバンプの材質及びそれに関連したバンプの具体的構成について説明する。まず、バンプの材質としては、バンプ接合のためのリフロー温度（接合温度）よりも溶融終了温度（あるいは液相線温度）が低い材質で構成することもでき、例えば接合温度が２３０℃程度である場合には、共晶組成に近いＳｎ−Ｐｂ合金（いわゆる共晶半田）で構成することも可能である。この場合は柱状物を基板に接合する際にほぼ完全に溶融し、得られるバンプ形状も球状あるいは半球状のものとなる。しかしながら、このような材質でバンプを構成した場合、配線基板に別の基板ないし集積回路チップ等の被接続体を上記リフロー温度と同程度の温度に加熱して接続する際に、バンプが基板と被接続体との間で潰れてしまう問題が生ずることがある。そこで、そのようなバンプの潰れを防止する態様として、下記のようなものが可能である。
【００１８】
（態様１）
溶融開始温度が配線基板と被接続体との接続温度より高い材質、例えば溶融開始温度が２３０℃以上の金属又は合金（例えばＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ又はそれらの少なくともいずれかを主成分とする合金）をバンプ素材として用いる。具体的には、上記バンプ素材によって構成された柱状物を基板上に載置し、素材の溶融開始温度よりも高温の接合処理温度に加熱することにより、これを基板に接合してバンプを形成する。バンプが、配線基板と被接続体との接続温度よりも溶融開始温度の高い材質で構成されることから、該接続中にバンプが溶融により潰れることが防止される。この場合、柱状物の接合処理温度が高温であるため、基板の材質はセラミック等、該温度で変形ないし変質しない材質を用いる必要がある。また、該バンプが形成された配線基板に被接続体を接続する際に、バンプ自体は溶融しないことから、被接続体側のバンプとの接続位置には、該接続温度で少なくとも部分的に溶融するろう材層（例えば共晶半田層）を印刷等により形成しておく必要がある。なお、本明細書において「溶融開始温度」とは、融点、固相線温度、共晶温度及び包晶温度等、昇温時において金属ないし合金の融解が開始される温度を総称するものとする。
【００１９】
（態様２）
柱状のバンプ本体と、そのバンプ本体の構成材質よりも溶融開始温度の低いろう材により形成され、該バンプ本体を接続面に対して接合する接合層とを備えたバンプとを有するものとして配線基板を構成する。この場合、バンプは、線状又は柱状のバンプ素材をその長手方向において所定長に切断することにより形成された、上記バンプ本体となるべき柱状物を、基板の接続面に形成されたろう材パターン上に載置し、次いでそのろう材パターンを溶融させることにより該柱状物を接続面に接合して形成することができる。
【００２０】
具体的には、バンプ本体を、溶融開始温度が配線基板と被接続体との接続温度より高い材質、例えば溶融開始温度が２３０℃以上の金属又は合金（例えばＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ又はそれらの少なくともいずれかを主成分とする合金）で構成することができる。また、ろう材パターンは、バンプ本体の基板への接合温度で少なくとも部分的に溶融するろう材（例えば共晶半田）により形成することができる。なお、ろう材パターンの形成方法としては、該ろう材で構成されたプレフォームを基板上に載置するか、あるいはろう材ペーストを印刷等により塗布する方法を用いることができる。この場合も、態様１と同様に、バンプが、被接続体との接続温度より溶融開始温度の高い材質で構成されることで、配線基板と被接続体との接続中においてその潰れが防止されることとなる。また、バンプ自体は溶融しないことから、被接続体側のバンプとの接続位置に、該接続温度で少なくとも部分的に溶融するろう材層（例えば共晶半田層）を印刷等により形成しておく必要がある。
【００２１】
また、バンプは、つぎにようにして形成することもできる。すなわち、線状ないし柱状の芯材と、その芯材の周囲に配置され該芯材よりも溶融開始温度が低いろう材とからなる複合長尺バンプ素材を長手方向において所定長に切断して得られる複合柱状物を前記基板の接続面に載置してそのろう材部分を溶融させる。これにより、バンプ本体となるべき複合柱状物の芯材部分が、溶融したろう材部分により接続面に接合されて上記バンプとなる。
【００２２】
該構成によれば、複合長尺バンプ素材を切断して得られる複合柱状物が接合温度に加熱されたときにろう材が溶融し、芯材がこの溶融したろう材によって基板の接続面に接合されてバンプ本体となる。このようにすると、ろう材パターンを形成することなく、長尺バンプ素材を切断して基板の接合面に載置し加熱するだけでバンプが得られるので、ろう材パターンの形成工程が不要となり、バンプ付き配線基板の製造能率を高めることができる。また、上記複合長尺バンプ素材の切断長によりろう材量を正確に制御できるので、接合時のろう材の過不足がなくなり、接合強度を一定にできる利点も生ずる。
【００２３】
具体的には、長尺バンプ素材を、溶融開始温度が配線基板と被接続体との接続温度より高い材質（例えば、上記した如き金属や合金）からなる芯材と、この芯材の周囲に配置されたろう材であってバンプ本体となる芯材の基板への接合温度で少なくとも部分的に溶融するろう材（例えば共晶半田）とからなるものとすることができる。なお、このような長尺バンプ素材の形成方法としては、芯材となる線材（例えば、Ｃｕ線やＰｂ−Ｓｎ高温半田等）に、これよりも溶融開始温度の低いろう材（例えば共晶半田）のメッキを施す方法や、芯材の周りにろう材が配置されるようにして両者をクラッド加工する方法などが挙げられる。なお、この場合も、態様１と同様に、バンプが被接続体との接続温度より溶融開始温度の高い材質で構成されることで、配線基板と被接続体との接続中においてその潰れが防止される。また、バンプ本体自体は溶融しないが、ろう材が溶融するので、被接続体とバンプ本体とをこのろう材で接続することができる。ただし、ろう材量が少ない場合には、被接続体側の接続位置に、接続温度で少なくとも部分的に溶融するろう材（例えば共晶半田）を印刷等により形成しておくとよい。
【００２４】
（態様３）
本方式において基板は、その接続面に別の基板ないし集積回路チップ等の被接続体を重ね合わせて予め定められた接続温度（例えば２００〜２２０℃）に加熱することにより、バンプを介して該被接続体が接続されることが予定され、バンプは、その接続温度において部分的に溶融して液相を生ずるとともに、その生じた液相部分と残余の固相部分とが互いに混合した状態を形成するものとして構成される。
【００２５】
上記バンプを使用すれば、接続温度においてバンプが部分的に溶融して液相を生じ、その液相が被接続体とバンプとの接触部に供給され、その後、該液相が冷却に伴い凝固することにより基板と被接続体とがバンプを介して接続されることとなる。ここで、バンプは、接続温度において液相部分と固相部分とが互いに混合した状態を形成することから、共晶半田を用いたバンプのように完全溶融により潰れたりするトラブルが生ずる心配がない。
【００２６】
そのようなバンプは、接続温度において固相と液相とが共存した状態（以下、固液共存状態ともいう）を形成し、かつ接続温度における固相の存在比率が２０〜９５重量％となる合金により構成することができる。すなわち、該構成によれば、接続温度において液相部分と固相部分とが互いに混合した状態を形成するバンプを合金により簡単に製造できる。
【００２７】
上述のようなバンプが、接続時において潰れにくくなる要因として下記のようなことが考えられる。例えば接続時においてバンプ全体が液相になっている場合は、バンプ形状を維持するための力はほとんど表面張力のみとなるため、わずかな外力が作用しただけで潰れてしまうことになる。しかしながら、上記構成のバンプのように固液共存状態（すなわち半溶融状態）になっている場合は、バンプが流動して変形しようとすると固相部分と液相部分との界面に摩擦力が生じて見かけの粘性が大きくなり、接続中のバンプの形状維持力が高められる。また、固相部分が互いに連結して、例えば三次元網目状の骨格構造を形成することもあり、その場合はバンプを変形させるためには骨格の変形が必要となることから形状維持力はさらに向上する。
【００２８】
このようなバンプの形成方法としては、バンプ素材を切断して柱状体物とした後、バンプ素材の溶融開始温度よりも高く、溶融終了温度（例えば液相線温度）よりも低い温度にて接合処理を行うことにより、柱状物の一部のみを溶融させて液相を生じさせ、該液相を介して柱状物を基板に接合する方法を例示できる。この場合、柱状物は、基板への接合時に固液共存状態を形成することから一定の保形性を示し、結果としてバンプ形状は、少なくとも部分的に柱状形態を維持するものとなる。また、接合処理温度が２３０℃以下である場合には、プラスチック基板等へのバンプ形成も可能である。一方、柱状物の接合処理は、バンプ素材の溶融終了温度よりも高温で行うこともでき、この場合は、バンプ形状は一旦すべて溶融してしまうので球状あるいは半球状のものとなる。また、柱状物の接合処理温度が高温となることから、基板の材質はセラミック等、該温度で変形しない材質を用いる必要がある。
【００２９】
バンプを構成する合金は、配線基板と被接続体との接続温度における固相の存在比率が２０重量％未満になるものを使用すると、バンプの流動性が大きくなって潰れ防止効果が十分に達成されなくなる場合がある。一方、固相の存在比率が９５重量％を越えるものを使用すると液相の生成量が不足して、被接続体とバンプとの間に十分な接続状態が形成できなくなる場合がある。それ故、合金は、固相の存在比率が２０〜９５重量％となるものを使用するのがよく、より望ましくは固相の存在比率が４０〜７０重量％となるものを使用するのがよい。
【００３０】
上述のような合金を用いたバンプは、例えば該合金で構成された長尺バンプ素材を前述の方法により所定長に切断して柱状物を作り、その柱状物を基板上に載置して合金の溶融開始温度以上に加熱することにより、これを部分的に溶融させて液相を生じさせ、その液相を介して柱状物を基板に対して接合することにより、バンプを得る方法を採用することができる。このようにすると、柱状の形態を概略保ちつつ、別途ろう材等を用いないでバンプを形成することができる。
【００３１】
また、上記バンプは、より具体的には、少なくとも２００〜２２０℃の温度域において固相と液相とが共存した状態を形成し、かつ該温度域における固相の存在比率が２０〜９５重量％となる合金により構成することができる。すなわち、該配線基板のバンプは、共晶半田系のバンプを有する従来の基板の接続処理に広く採用されてきた２００〜２２０℃の温度域において少なくとも、固相の存在比率が２０〜９５重量％となる固液共存状態を形成する合金により形成されていることから、当該温度域において接続処理が行われた場合に、バンプが潰れたりするトラブルを生ずることなく、被接続体との間に良好な接続状態を形成することができる。換言すれば、共晶半田系のバンプを有する基板の接続温度条件をそのまま流用して接続処理を行うことができる。
【００３２】
以上の構成においてバンプは、具体的にはＰｂ、Ｓｎ及びＡｕから選ばれる１種又は２種以上を主成分とする合金により構成することができる。例えばそのような合金として、ＰｂとＳｎとの少なくとも一方を合計で８０重量％以上含有する合金（例えば、Ｐｂ−Ｓｎ半田合金あるいはＳｎ−Ｐｂ半田合金）は、安価でしかもろう接性に優れた汎用的な材料であり、本発明の配線基板のバンプに好適に使用することができる。なお、２００〜２２０℃の温度域において少なくとも、固相の存在比率が２０〜９５重量％、望ましくは４０〜７０重量％となる固液共存状態を形成する合金であれば、Ｐｂ及び／又はＳｎの合計含有量が８０重量％未満の合金であっても、本発明のバンプの材質として好適に使用することができる。また、Ｐｂ−Ｓｎ系合金以外では、Ａｕ−Ｔｌ系合金等も使用できる。
【００３３】
バンプを、例えばＰｂとＳｎとの双方を合計で８０重量％以上含有する合金で構成する場合、ＰｂとＳｎとの合計量に対するＳｎの含有比率が２０〜４０重量％とすることで、２００〜２２０℃の温度域における固相の存在比率を、２０〜９５重量％の範囲内に調整することが可能となり、ひいては前述の通り、バンプの潰れを防止しつつ良好な接続状態を形成することができる。Ｓｎの含有比率が２０重量％未満になると、上記温度域における固相の存在比率が９５重量％を超え、逆に４０重量％を超えると固相の存在比率が２０重量％未満となることにつながる。なお、固相の存在比率を、より望ましい範囲である４０〜７０重量％に調整するためには、Ｓｎの含有比率を２８〜３３重量％の範囲で調整するのがよい。なお、より具体的な合金組成としては、Ｓｎの含有比率が２０〜４０重量％であるＰｂ−Ｓｎ二元合金を使用することができる。
【００３４】
次に、バンプは、固相形成金属部と、該固相形成金属部よりも溶融開始温度の低い液相形成金属部とが互いに混合した構造を有し、配線基板と被接続体との接続温度において、液相形成金属部の少なくとも一部が溶融して液相を形成するものとして構成することができる。
【００３５】
すなわち、上記構成の配線基板においては、そのバンプが、溶融開始温度の互いに異なる２部分、すなわち溶融開始温度の高い固相形成金属部と、溶融開始温度の低い液相形成金属部とによって構成されており、接続温度において液相形成金属部が少なくとも部分的に溶融して液相を生じる一方、固相形成金属部は少なくともその一部が固相状態を維持することで、接続温度において液相部分と固相部分とが互いに混合した状態を形成することから、接続中にバンプが潰れたりするトラブルが生じにくくなり、ひいては被接続体との間に良好な接続状態を形成することができる。接続温度は、例えば固相形成金属部の溶融開始温度と液相形成金属部の溶融開始温度との間に設定することができる。
【００３６】
具体的には、バンプは、固相形成金属部としての多数の金属粒子と、それら金属粒子同士の隙間を少なくとも部分的に充填する液相形成金属部としての結合金属部とを有する複合材料により構成することができる。上記構成によれば、結合金属部中に多数の金属粒子が分散した複合材料によりバンプが構成されるので、結合金属部及び金属粒子の材質の組合せを比較的自由に選定できる利点がある。また、金属粒子と結合金属部とが予め混合・分散しあった複合材料を調製し、それを用いてバンプを形成すればよいから、例えば従来のボール内蔵型バンプのようなボール搭載のための工程及び設備が不用となり、製造コストを削減できるほか、サイズの小さいバンプも容易に製造できる。
【００３７】
なお、上記構成においては、金属粒子の含有量は、少なくとも配線基板と被接続体との接続温度、例えば２００〜２２０℃の温度域において、固相の存在比率が２０〜９５重量％、望ましくは４０〜７０重量％となるように調整される。Ｓｎの含有比率が２０重量％未満になると、上記温度域における固相の存在比率が９５重量％を超え、逆に４０重量％を超えると固相の存在比率が２０重量％未満となることにつながる。この場合、結合金属部の大半が接続温度において液相となる場合には、複合材料中の金属粒子の含有量を２０〜９５重量％、望ましくは４０〜７０重量％の範囲で調整すればよい。
【００３８】
上述のような複合材料を用いたバンプは、結合金属部中に金属粒子を分散させた複合材料をバンプ素材として、例えば結合金属部となる金属粉末と金属粒子とを混合した後、焼成あるいは押出成型する等、適宜の方法を用いてこれを線状あるいは柱状の長尺形態に成形し、これを切断して得られる柱状物を基板上に載置し接合して形成することができる。
【００３９】
上述のような複合材料を用いてバンプを形成する場合、接続処理中におけるその形状維持力を高めるためには、結合金属部の融解によって生じた液相と金属粒子との間に適度な摩擦力が作用し、また金属粒子が結合金属部中に均一に分散するように、該結合金属部に対してぬれ性の良好な材質を金属粒子として選定することが望ましいといえる。
【００４０】
また、バンプは、結合金属部の成分の一部と金属粒子の成分の一部とを含有する合金層が金属粒子の表面に沿って形成され、その合金層を介して前記金属粒子同士が互いに結合された構造を有するものとして構成することができる。これにより、金属粒子（すなわち固相部分）が合金層を介して互いに連結して、例えば三次元網目状の骨格構造を形成し、接続処理中のバンプの形状維持力がさらに高められる。このような合金層は、例えば結合金属部が融解して生ずる液相のうち、金属粒子との界面近傍に位置する部分に該金属粒子の成分が溶出してその溶融開始温度（固相線温度）が上昇し、当該部分の液相が凝固することに基づいて形成されたものとすることができる。
【００４１】
結合金属部は、接続温度において速やかに溶融して十分な量の液相を発生できる材質で構成することが望ましく、具体的にはＳｎを５０〜８０重量％含有する合金により構成することができる。この場合、結合金属部は、Ｓｎ成分を除いた残部をＰｂを主体に構成することができ、より具体的には、共晶組成を有するＳｎ−Ｐｂ二元合金（Ｓｎ−３８．１重量％Ｐｂ：いわゆる共晶半田）あるいは、それに近い組成のＳｎ−Ｐｂ二元合金（例えばＰｂ含有量が２０〜５０重量％）を使用することができる。そして、金属粒子としては、そのような結合金属部に基づく液相とのぬれ性のよい材質で構成されたもの、例えばＰｂ、Ｃｕ及びＡｇの少なくとも１つを主体に構成された１種又は２種以上の金属粒子を使用することができる。例えば、Ｐｂを主体とする金属の粒子の場合、Ｐｂ金属粒子やＰｂの含有比率が９０重量％以上であるＰｂ−Ｓｎ二元合金（いわゆる高融点半田）の粒子を使用することができ、Ｃｕを主体とする金属の粒子としてはＣｕ又はＣｕ合金粒子を使用することができる。また、Ｐｂ、Ｃｕ及びＡｇのうちの２種以上を含有する合金の粒子を使用することができ、例えばＡｇ−Ｃｕ合金の粒子を使用することができる。なお、金属粒子は、すべてを同一の材質で構成しても、あるいは材質の異なるものを２種以上混合して使用してもいずれでもよい。
【００４２】
なお、本発明は、基板と、その基板の接続面に配置されるとともに高さが２００μｍの柱状に形成された複数個のバンプとを有するバンプ付き配線基板も提供する。また、基板と、その基板の接続面に複数配置されるとともに、それぞれ柱状のバンプ本体と、そのバンプ本体の構成材質よりも低融点のろう材により形成され、該バンプ本体を接続面に対して接合する接続層とを備えたバンプとを有するバンプ付き配線基板も提供する。これら配線基板の構成においては、バンプは、以上説明した各種方法のいずれかにより形成されたものを使用できるが、バンプ形成のための生産性が極端に低下しないのであれば、他の方法により製造されたものであってもよい。
【００４３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本実施例では、集積回路チップをフリップチップ法によって接続するためのバンプ付き配線基板を例にとって説明する。図１（ａ）に示すように、バンプ付き配線基板（以下、単に配線基板ともいう）３は、例えば約２５ｍｍ角、板厚約１ｍｍのプラスチック製の基板１０３上にバンプ１が多数、例えば格子状に固着された構造を有するものであり、図１（ｂ）に示すように、ＢＴコア基板５上にエポキシ樹脂による絶縁層７を形成するとともに、絶縁層７の表面及びＢＴコア基板５と絶縁層７との間には、Ｃｕ内部配線９が形成されている。なお、Ｃｕ内部配線９の形成法としては、無電解Ｃｕメッキ及び電解Ｃｕメッキを用いたセミアディティブ法の他、サブトラクティブ法やフルアディティブ法を使用できる。
【００４４】
また、配線基板の最表面には、Ｃｕ配線１１の防食及びバンプ１との密着性向上のために、例えば約３μｍの無電解Ｎｉ−Ｐメッキ層１３が直径１ｍｍ程度の大きさで形成されて下地導電性パッド（以下、単にパッドと称する）１７をなしており、このパッド１７上にバンプ１が固着されている。なお、Ｎｉ−Ｐメッキ層１３上には無電解Ａｕメッキ層が形成されることもあるが、バンプ１中に溶食され消失する。また、その他の部位には、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等によりソルダーレジスト層１９が形成されている。
【００４５】
バンプ１は、例えば共晶組成を有するＳｎ−Ｐｂ二元合金（Ｓｎ−３８．１重量％Ｐｂ：以下、共晶半田という）が使用されている。さて、上述のような材質の合金で構成されたバンプ１は、例えば次のようにしてパッド１７（図１）上に形成することができる。まず、直径１ｍｍの合金線材（例えばニホンハンダ（株）製ＤＧ−線ハンダＷ−１．０、直径１±０．０５ｍｍ：）を用意し、これを所定長に切断することにより柱状の合金プレフォーム（柱状物）を作製し、該プレフォームをパッド１７上に載置する。このプレフォームの作製及びパッド１７上への載置は、例えば図２に示す装置４９を用いれば効率的に行うことができる。
【００４６】
この装置４９は、下記の要件を備えて構成されている。
▲１▼下型５１：板状に形成されるとともに、バンプ素材としての合金線材５０の外径に対応する内径を有してこれを板厚方向に貫通する複数の線材挿通孔（素材挿通孔）５２が、基板１０３の各パッド１７の位置に対応して孔設される。
▲２▼上型５３：下型５１に積層される板状に形成されて該下型５１に対し板面方向に相対移動可能に配置され、下型５１の各線材挿通孔５２に対応する複数の線材挿通孔（素材挿通孔）５４が形成される。
▲３▼型スライド手段：下型５１と上型５３とを板面方向に相対的にスライドさせる。本実施例では、下型５１がフレーム５５に固定される一方、上型５３は上記型スライド手段としてのシリンダ５６及びピストンロッド５７を介してフレーム５５に結合されており、ピストンロッド５７がシリンダ５６により伸縮することで、上型５３が下型５１に対してスライドする。
【００４７】
▲４▼基板搬送手段：例えば間欠的に駆動・停止可能なコンベア５８により構成され、基板１０３を搬送する。
▲５▼基板位置決め手段：コンベア５８の駆動を制御して、該コンベア５８上の基板１０３を下型５１に対し、各パッド１７が、対応する線材挿通孔５２に位置合わせされるように位置決めする。
▲６▼型接近・離間手段：コンベア５８上の基板１０３に対し、上型５３と下型５１とを相対的にかつ一体的に接近・離間させる。本実施例では、フレーム５５を昇降させるシリンダ５９により構成されている。
▲７▼線材送り手段：下型５１の線材挿通孔５２と上型５３の線材挿通孔５４とを互いに一致させた状態で、それら線材挿通孔５２，５４に合金線材５０を所定長（本実施例では１±０．０５ｍｍ）ずつ間欠的に送り込む。本実施例では、合金線材５０を挟み付けて回転する送りロール６０と、その送りロール６０を駆動するモータ６１により構成されている。
なお、下型５１及び上型５３の上方には図示しない線材貯溜部が設けられていて、そこに合金線材５０がリール等に巻かれた状態で貯溜されており、送りロール６０の作動に伴いこれが間欠的に繰り出されるようになっている。
【００４８】
以下、装置４９を用いたバンプの形成方法について、図３及び図４を用いて説明する。すなわち、図３（ａ）に示すように、基板１０３のパッド１７に対応する位置（又は基板１０３の全面）にフラックス６５を塗布する（全面塗布の場合は、例えばロールコーターを使用することができる）。なお、フラックス６５は、Ｒタイプ、ＲＭＡタイプ及びＲＡタイプのいずれを用いてもよい。次いで同図（ｂ）に示すように、下型５１の線材挿通孔５２と上型５３の線材挿通孔５４とを互いに一致させ、さらに、基板１０３を下型５１に対し各パッド１７が対応する線材挿通孔５２の直下位置に位置するように位置決めするとともに、各線材挿通孔５２，５４に合金線材５０を挿通・供給する。ここで、上型５３及び下型５１の線材挿通孔５２，５４に対し、合金線材５０をスムーズに供給するためには、合金線材５０が孔５２、５４においてすきま嵌め状態となるようにするのがよく、具体的には合金線材５０の外径を１±０．０５ｍｍとしたときに、線材挿通孔５２，５４の内径を１．０６〜１．１０の範囲で設定するのがよい。
【００４９】
そして、その状態で上型５３を下型５１に対してスライドさせると、同図（ｃ）に示すように合金線材５０は、両型５１，５３の間で軸断面方向に剪断されることにより切断されて円柱状のプレフォーム６６となり、それぞれ対応するパッド１７上に載置される。次に図４（ａ）に示すように、上型５３と下型５１とを基板１０３から図中上方に退避させ、さらにコンベア５８（図２）を作動させて、プレフォーム６６が載置された基板１０３を排出するとともに、次の基板１０３を下型５１に対して位置決めし、上型５３を図３（ｂ）に示す状態に復帰させる。そして、合金線材５０を、再び所定の切断長分だけ送り、以下同様の工程が繰り返される。
【００５０】
このようにしてプレフォーム６６を載置した基板１０３を、例えば遠赤外線リフロー炉中で、温度２００〜２２０℃の温度範囲で加熱してリフロー処理することにより、図４（ｂ）に示すように、プレフォーム６６は溶融して基板１０３のパッド１７に接合され、球状あるいは半球状のバンプ１となる。なお、上記リフロー処理は、非酸化性雰囲気（例えば、窒素あるいは水素）で行うようにすれば、合金あるいはパッド１７の酸化が防止ないし抑制されるので接合性を高めることができる。こうして接合が終了すれば、基板１０３に塗布したフラックスを、例えばアルコール等の有機溶剤で洗浄して除去することにより、バンプ１が形成された配線基板３が完成する。なお、水溶性のフラックスを用いた場合には、水洗での除去も可能である。
【００５１】
なお、図５に示すように、隣接する複数の合金線材５０を繰り出すための送りロール６０を同軸一体に形成することもできる。こうすれば、合金線材５０間での送り量のばらつきを小さくすることができ、ひいては得られるバンプ１の高さ及び体積をより揃ったものとすることができる。また、線材送り手段としては、送りロール６０を用いて合金線材５０を繰り出す構成に限らず、例えば図６に示すように、各合金線材５０を巻取り状態で保持するリール７０をケース７１内に収容して線材貯溜部７２を形成するとともに、各リール７０からの線材５０をケース７１の底面側から垂下させるとともに、昇降機構７３により該ケース７１を切断長と対応付けて間欠的に下降させることにより、全ての線材５０を上型５３及び下型５１に対し一体的に供給する構成とすることも可能である。
【００５２】
上記工程においてバンプ１は、合金線材５０の直径を１±０．０５ｍｍとし、その送り長を１．５±０．０５ｍｍとすることにより、換言すればプレフォーム６６を、直径１±０．０５ｍｍ、高さ１．５±０．０５ｍｍの円柱状とすることにより、半田体積の範囲が１．０３〜１．３４ｍｍ３となるように形成される。またバンプ形状は、直径１．２９〜１．４０ｍｍ、高さ１．０５〜１．１９ｍｍの略球状となり、高さのばらつきが小さいバンプが得られる。
【００５３】
また、バンプ１は、例えば溶融開始温度がさらに高い材料、例えばＰｂ金属やＰｂの含有比率が９０重量％以上であるＰｂ−Ｓｎ二元合金からなる半田（いわゆる高融点半田）により構成することも可能である。この場合、プレフォーム６６を溶解してバンプを形成するためのリフロー温度は例えば３００〜３５０℃の高温に設定する必要があるため、基板１０３はセラミックス等の、リフロー温度で軟化・変形を起こさない材質で構成する必要がある。
【００５４】
（実施例２）
図８（ｂ）に示すように、バンプ１は、柱状のバンプ本体８０と、そのバンプ本体８０の構成材質よりも溶融開始温度の低いろう材により形成され、該バンプ本体８０をパッド１７に接合するろう材層８２とを備えたものとして構成することができる。バンプ本体８０は、溶融開始温度が配線基板と被接続体との接続温度より高い材質、例えば溶融開始温度が２３０℃以上の金属又は合金、具体的にはＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ又はそれらの少なくともいずれかを主成分とする合金により円柱状に構成されており、その高さｈが軸断面径ｄよりも大きい形状を有している。また、ろう材層８２は、バンプ本体８０のパッド１７への接合温度で少なくとも部分的に溶融するろう材により形成することができる。本実施例では、バンプ本体８０はＣｕにより、ろう材層８２は共晶半田により構成されているものとする。
【００５５】
この場合、バンプ１は、図２の装置４９を用いて次にようにして製造することができる。まず、図７（ａ）に示すように、基板１０３に対し共晶半田粒とフラックスとを含有するペーストを、隣接するパッド１７間で短絡が生じないよう各パッド１７に対応する位置にのみ選択的に塗布して、ペーストパターン（ろう材パターン）８１を形成する。なお、塗布方法としては、スクリーン印刷法やディスペンサー印刷法など、公知の方法を採用できる。また、ペースト中の共晶半田粒とフラックスとは、例えば共晶半田粒の含有量が約５０体積％、残部がフラックスとなるように配合するのがよい。
【００５６】
次に実施例１と同様にして、図７（ｂ）〜（ｄ）及び図８（ａ）に示すように、バンプ本体８０の素材線（本例の場合、Ｃｕ線φ１．０ｍｍ）５０を所定長（１．５ｍｍ）に切断することにより、柱状のバンプ本体８０を各パッド１７上のペーストパターン８１上に載置する。このとき、半田ペーストはその粘性により、バンプ本体８０をパッド１７上に仮止めする役割も果たす。次いでこれを接合温度２００〜２２０℃でリフロー処理することにより、図８（ｂ）に示すように、ペーストパターン８１中の共晶半田粒が溶融してろう材層８２となり、バンプ本体８０がパッド１７に接合されてバンプ１となる。また、残留したフラックスは洗浄により除去する。このようにすれば、バンプ１（のバンプ本体８０）が溶融開始温度の高いＣｕで構成されており、被接続体の接続処理が例えば２３０℃程度で行われる場合にはバンプ本体８０は全く溶融せず、その潰れが防止されることとなる。また、バンプ１は、その高さｈ（＝１．５ｍｍ）が軸断面径ｄ（＝１．０ｍｍ）よりも大きい形状を有していることから、接続時の熱影響による剪断変形を小さく抑さえることができ（図１７参照）、また、隣接するバンプとの間での短絡も生じにくい。そして、バンプ高さは、素材線の切断精度（本例の場合１．５±０．０５ｍｍ）によって決まり、実施例１の場合よりも高さばらつきを小さくできる。したがって被接続体との接続性が良好となる。
【００５７】
なお、ペーストパターン８１を塗布することによりろう材層８２を形成する代わりに、次のような方法を採用することもできる。すなわち、図１６（ａ）に示すように、Ｃｕ線（芯材：φ１．０ｍｍ）８０’の周囲を覆うように、厚さ例えば０．０５ｍｍの共晶半田からなるろう材被覆層８２’をメッキ等により形成したろう材被覆線材２００（複合長尺バンプ素材）を用意する。次いで、同図（ｂ）に示すように、この線材２００を前述と同様の装置を用いて所定長に切断してろう材被覆柱状物１’（複合柱状物）となし、これをパッド１７上に載置する。そして、同図（ｃ）に示すようにこれをリフローすれば、ろう材被覆層８２’が溶融し、それに基づくろう材層８２によりＣｕ線８０’に基づくバンプ本体８０をパッド１７に接合することができる。これにより、図８等に示すペーストパターン８１を塗布する必要がなくなる。
【００５８】
本実施例のようにすると、バンプの高さｈを容易に高いものとすることができ（本例ではｈ＝１．５ｍｍ）、例えばメッキ等の手法によっては工業的に製造不可能な３００μｍ以上の高さのバンプも容易に製造できる。
【００５９】
（実施例３）
図９（ｃ）に示す配線基板３のバンプ１は、２００〜２２０℃の温度域において少なくとも、固相の存在比率が２０〜９５重量％、望ましくは４０〜７０重量％となる固液共存状態を形成する合金、例えばＰｂとＳｎとの双方を合計で８０重量％以上含有し、ＰｂとＳｎとの合計量に対するＳｎの含有比率が２０〜４０重量％、望ましくは２８〜３３重量％である合金により円柱状に構成されており、その高さが軸断面径よりも大きい形状を有している。以下、Ｐｂ−Ｓｎ二元系半田合金を使用した場合を例にとる。
【００６０】
Ｐｂ−Ｓｎ二元合金の加熱あるいは冷却に伴う相変化ひいては組織変化の挙動は、図１０に示すＰｂ−Ｓｎ系平衡状態図に基づいて推測することができる。Ｐｂ−Ｓｎ系は、Ｐｂ及びＳｎの双方の側に固溶限が形成される典型的な共晶型状態図を示し、共晶温度（約１８３℃）での、Ｐｂ側のα−固溶体（以下、α相ともいう）に対するＳｎの固溶限は１９．５重量％、同じくＳｎ側のβ−固溶体（以下、β相ともいう）に対するＰｂの固溶限は２．５重量％、共晶組成は３８．１重量％Ｐｂである。一例を挙げれば、該合金としてＰｂ−４０重量％Ｓｎの二元合金を用いた場合、ＰｂとＳｎとを該組成となるように配合してこれを加熱・溶解させれば、両成分は完全に溶け合って単一の液相Ｌを構成する。次いでこれを冷却すると、図１１（ａ）に示すように、Ｐｂ側の液相線Ｌ１と交わる温度Ａ２において液相Ｌ中にα相の初晶を晶出しはじめる。状態図においては、該液相線Ｌ１とＰｂ側の固相線Ｑ１と共晶線Ｅとに囲まれた部分はα相と液相Ｌとの固液共存領域となる。
【００６１】
以下冷却の進行に伴い図１１（ｂ）に示すように、新たなα相の晶出あるいはすでに晶出しているα相の成長により、α相の比率が増大する。ここで、各温度におけるα相とこれと平衡する液相（残液）との存在比率は、状態図上において、いわゆる天秤の法則（ｌｅｖｅｒ　ｒｕｌｅ）により幾何学的に算出することができる。例えば、組成がＰｂ−４０重量％Ｓｎであり温度が２１０℃である場合は、状態図中に温度軸上の２１０℃の点を通って組成軸に平行な直線Ｈを引き、固相線Ｑ１との交点をＡ３、液相線Ｌ１との交点をＡ４とする。また、組成軸上のＰｂ−４０重量％Ｓｎの組成を表す点を通って温度軸に平行な直線Ｖを引き、直線Ｈとの交点をＡ５とする。この場合、線分Ａ３Ａ５の長さをｌ１、線分Ａ５Ａ４の長さをｌ２とすれば、液相Ｌの存在比率は｛ｌ１÷（ｌ１＋ｌ２）｝×１００（重量％）、固相（α相）の存在比率は｛ｌ２÷（ｌ１＋ｌ２）｝×１００（重量％）となる。なお、液相Ｌの組成及びα相の組成は、温度が低下するに伴いそれぞれ液相線Ｌ１と固相線Ｑ１に沿って変化する。
【００６２】
そして、図１１（ｃ）に示すように、さらに温度が下がってα相が成長すると、最初はそれぞれ独立して液相Ｌ中に浮遊していたα相の粒子が互いに融着して、三次元網目状に連なった骨格構造を形成し、液相Ｌはその骨格Ｓの空隙に保持された状態となる。そして、温度が共晶温度に到達すると、残っていた液相Ｌから共晶反応によりα相とβ相とが同時に晶出して凝固が完了する。なお、図１０の状態図に示すように、共晶温度におけるα相中のＳｎの固溶限は１９．５重量％と大きいが、室温近傍での固溶限は非常に小さい。そのため、凝固後の合金を共晶温度以下、例えば室温で放置すると固溶しきれなくなったＳｎ成分がβ相の形でα相中に析出する。ここで、図１０には、共晶温度までに晶出する初晶のα相の量、共晶凝固するα相とβ相との合計量、及び共晶中のα相とβ相の各量を、天秤の法則により計算した結果を合わせて示している（いずれも共晶温度での値）。一方、Ｓｎの含有量が、下限値に近い２０重量％とされた場合には、図１０の状態図からも明らかなように、共晶温度までに大半の液相Ｌがα相として凝固する。この場合は、β相は、共晶温度以下でα相中に析出したものが主体となる。
【００６３】
さて、上述のような材質の合金で構成されたバンプ１は、基本的には実施例１と同様にして形成できる。すなわち、図９（ａ）に示すように、フラックス（図示せず）を塗布した基板１０３に対し、合金線材を切断して得られた円柱状のプレフォーム６６を載置し、これを温度２００〜２２０℃の温度範囲で加熱してリフロー処理する。これにより、プレフォーム６６が基板１０３のパッド１７に接合されてバンプ１となるのであるが、その様子を図９に模式的に示している。該接合のメカニズムは次のようなものであると推察される。まず、加熱前のプレフォーム６６は、線引き加工により結晶粒の形状は変化しているものの、おおむね図１１（ｄ）に示すような組織状態になっていると考えられる。そして、温度が共晶温度よりも高くなると、合金中のβ相とα相とが反応して融解が開始する。この融解反応は、主に最後に凝固した共晶のβ相とα相との間で進むものと見られるが、初晶のα相とこれに近接して位置するβ相との間、あるいは共晶温度以下でα相中に析出したβ相と周囲のα相との間でも反応は進行しうる。なお、β相が完全に融解・消失するまでは合金の温度はほぼ一定となる。
【００６４】
そして、β相が完全に融解し終わると温度は再び上昇を開始し、図１０に示す固液共存領域（α＋Ｌ）に入る。その後は、温度の上昇とともに残っているα相の融解が進行して液相Ｌの比率が増大してゆく。ここで、図１１（ｃ）に示すように、凝固時に一旦形成されたα相の骨格構造は、温度上昇に伴い、図中破線で示したように、その表層部から太さを徐々に減少させつつ融解すると思われることから、α相が液相Ｌ中に分散・浮遊した同図（ｂ）に示すような状態に戻るのではなく、骨格の太さは減少してもその分断は容易には生じずに、比較的高温まで三次元網目構造を維持するものと考えられる。
【００６５】
そして、生じた液相Ｌはその骨格の隙間に保持されつつ、一部がプレフォーム６６からしみ出して、図９（ｂ）に示すように、パッド１７とプレフォーム６６との接触部に供給される。このとき、プレフォーム６６における固相（α相）の存在比率は、上記温度範囲の中心温度である２１０℃においては、図１０に示す状態図から、合金組成が２０重量％Ｓｎで８６重量％程度、３０重量％Ｓｎで５７重量％、４０重量％Ｓｎで２６重量％程度となる。そして、この状態で所定時間保持した後冷却して液相Ｌを凝固させれば、同図（ｃ）に示すようにプレフォーム６６が基板１０３に接合される。
【００６６】
上記配線基板１０３は、例えば図１２（ａ）に示すように、バンプ１が形成された側に集積回路チップＣを重ね合わせてこれを２００〜２２０℃の接続温度に加熱することにより、バンプ１が再び固液共存状態となり、その生じた液相ＬによってチップＣとの接続が行われることとなる（図１２（ｂ）、（ｃ））。ここで、該バンプ１は、共晶半田を用いた従来のバンプとは異なり、共晶温度よりも２０〜４０℃高い接続温度においてもそのすべてが液相Ｌとならず固相Ｓを残存させており、しかも図１１（ｃ）に示すように、その固相（α相）は骨格構造を維持していることから、バンプ１の形状維持力が高められており、接続中に集積回路チップ（被接続体）Ｃと基板１０３との間で押し潰されたりするトラブルが生じにくい。
【００６７】
一方、バンプ１は、固相形成金属部と、該固相形成金属部よりも溶融開始温度の低い液相形成金属部とが互いに混合した構造を有し、接続温度において、液相形成金属部の少なくとも一部が溶融して液相を形成するものとして構成することができる。具体的には、図１３に示すように、固相形成金属部としての多数の金属粒子２０１と、それら金属粒子同士の隙間を充填する液相形成金属部としての結合金属部２０３とを有する複合材料２０４により構成することができる。
【００６８】
結合金属部２０３は、接続温度、すなわち２００〜２２０℃において速やかに溶融して十分な量の液相を発生できる材質で構成され、例えばＳｎを５０〜８０重量％含有する合金、より具体的には、共晶組成を有するＳｎ−Ｐｂ二元合金（Ｓｎ−３８．１重量％Ｐｂ：以下、共晶半田という）が使用されている。一方、金属粒子としては、結合金属部２０３を構成する共晶半田とぬれ性のよい材質で構成されたもの、例えばＰｂ、Ｃｕ及びＡｇの少なくとも一つを主体に構成された１種又は２種以上の金属粒子が使用されている。なお、本実施例では金属粒子２０１として、Ｐｂ金属、あるいはＳｎの含有比率が１０重量％以下であるＰｂ−Ｓｎ二元合金（以下、両者を総称して高融点半田という）の粒子、あるいはＣｕ粒子が使用されるものとするが、Ａｇ−Ｃｕ合金（例えばＡｇ−Ｃｕ共晶合金）の粒子等も使用可能である。
【００６９】
次に、金属粒子２０１の表面には、これに沿うように、結合金属部２０３の成分の一部と金属粒子２０１の成分の一部とを含有する合金層２０２が形成され、その合金層２０２を介して金属粒子同士２０１が互いに結合されて、例えば三次元網目状の骨格構造を形成している。例えば、結合金属部２０３が共晶半田で構成され、金属粒子２０１が高融点半田で形成される場合は、この合金層２０２は共晶半田と高融点半田との中間のＳｎ組成を有するＰｂ−Ｓｎ合金となる。一方、金属粒子２０１がＣｕで構成される場合は、ＰｂとＣｕとがほとんど固溶しあわないことから、Ｃｕ及びＳｎを主体とする合金となる。
【００７０】
また、金属粒子２０１の含有量は、２００〜２２０℃の温度域において、固相の存在比率が２０〜９５重量％、望ましくは４０〜７０重量％となるように調整される。この場合、結合金属部２０３は、共晶半田で構成されていることから、２００〜２２０℃の温度域ではほぼ全体が液相となるので、合金層２０２の合計体積がそれほど大きくないと推定される場合には、金属粒子２０１の含有量自体を２０〜９５重量％、望ましくは４０〜７０重量％の範囲で調整するのがよい。
【００７１】
上述のようなバンプ１は、例えば金属粒子と、結合金属部を形成するための金属粉末とを所定の比率で混合し、これを成型後焼結するか、あるいは温間押出成型することにより複合材料のブルームあるいはビレットを作り、これを圧延ないし伸線加工して線材化すれば、実施例１と同様の方法にて形成することができる。
【００７２】
ここで、金属粒子２０１が高融点半田で構成されている場合、図１４（ａ）に示すように、共晶半田が溶融してできた液相Ｌと、Ｐｂを主体とする高融点半田で構成された金属粒子２０１との間では、Ｓｎ濃度が前者において高く、Ｐｂ濃度が後者において高くなることから、金属粒子２０１側から液相Ｌ側へＰｂが拡散し、液相Ｌ側から金属粒子２０１側へＳｎが拡散して、同図（ｂ）に示すように金属粒子２０１の周囲には、Ｓｎの含有量が共晶組成よりもＰｂ側へずれた、換言すればＰｂ濃度の高くなった液相部分Ｌ’が生じる。そして、Ｐｂ濃度が高くなれば、図１０の状態図からも明らかな通り液相線温度が上昇することから、同図（ｃ）に示すように、該Ｐｂ濃度が一定以上になるとこれが凝固して合金層２０２となり、これを介して金属粒子２０１同士が互いに接合され、骨格構造が形成されることとなる。なお、金属粒子２０１がＣｕで構成されている場合には、金属粒子２０１から液相Ｌ側へＣｕ成分が溶出し、そのＣｕ成分と液相中のＳｎ成分とが反応してＣｕ−Ｓｎ系の合金層２０２が形成される。
【００７３】
上述のようなバンプ１を有する配線基板３は、例えば図１５（ａ）に示すように、そのバンプ１の形成された側に集積回路チップＣを重ね合わせてこれを２００〜２２０℃の接続温度に加熱することにより、同図（ｂ）に示すようにバンプ１はその結合金属部２０３が再び溶融して液相Ｌを生じ、さらに同図（ｃ）に示すように、その生じた液相ＬによってチップＣとの接続が行われることとなる。ここで、該バンプ１は２００〜２２０℃においてもそのすべてが液相Ｌとならず、金属粒子２０１の部分が固相として残存し、しかもそれが合金層２０２を介して結合して骨格構造を維持していることから、バンプ１の形状維持力が高められており、接続中に集積回路チップ（被接合体）Ｃと基板１０３との間でこれが押し潰されたりするトラブルが生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のバンプ付き配線基板の一例を模式的に示す斜視図及び断面図。
【図２】プレフォームを作製してこれを基板上に載置するための装置の要部を概念的に示す図。
【図３】図２の装置を用いたバンプ付き配線基板の製造工程説明図。
【図４】図３に続く工程説明図。
【図５】図２の装置における送りロールの変形例を示す模式図。
【図６】同じく線材送り手段の別の構成例を示す模式図。
【図７】実施例２のバンプ付き配線基板の製造工程説明図。
【図８】図７に続く工程説明図。
【図９】実施例３のバンプ付き配線基板の製造工程説明図。
【図１０】Ｐｂ−Ｓｎ二元系平衡状態図。
【図１１】実施例３の配線基板のバンプに使用される合金の凝固過程を示す説明図。
【図１２】実施例３の配線基板に集積回路チップを接続する工程を示す説明図。
【図１３】実施例３の配線基板のバンプに使用される複合材料の組織を示す模式図。
【図１４】その合金層の形成過程を示す説明図。
【図１５】複合材料で構成されたバンプを有する実施例３の配線基板に、集積回路チップを接続する工程を示す説明図。
【図１６】実施例２のバンプ付き配線基板の製造工程の変形例を示す説明図。
【図１７】バンプ高さによりバンプの変形量が変化する様子を示す説明図。
【符号の説明】
１　バンプ
３　配線基板
５０　合金線材（長尺バンプ素材）
５１，５３　金型
５２，５４　線材挿通孔（素材挿通孔）
６６　プレフォーム（柱状物＊）
８０　バンプ本体
８０’Ｃｕ線（芯材）
８１　ペーストパターン
８２　ろう材層
８２’ろう材被覆層（ろう材）
１０３　基板
Ｌ　液相
Ｓ　固相
２０１　金属粒子
２０２　合金層
２０３　結合金属部
【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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【図１６】
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【図１７】
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