(57)【要約】【課題】共晶点における含有量が低い成分を有する合金を形成することにより電子部品をフリップチップ接合する場合であっても、高い信頼性で電子部品の接合を行い得る方法を提供する。【解決手段】電子部品１０及び回路基板２０のうちの一方に金属または合金からなるバンプ１１を形成する。電子部品１０及び回路基板２０のうちの他方に、インクジェット法により金属または合金からなる柱状体２１を形成する。柱状体２１とバンプ１１とを合金化させることにより電子部品１０を回路基板２０に接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を回路基板にフリップチップ接合する方法であって、
前記電子部品及び前記回路基板のうちの一方に金属または合金からなるバンプを形成する工程と、
前記電子部品及び前記回路基板のうちの他方に、インクジェット法により金属または合金からなる柱状体を形成する工程と、
前記柱状体と前記バンプとを合金化させることにより前記電子部品を前記回路基板に接合する工程とを備える、電子部品のフリップチップ接合方法。
【請求項２】
前記柱状体と前記バンプとの合金化により形成される合金は、Ｓｎと、Ａｇ及びＣｕのうちの少なくとも一方とからなる合金である、請求項１に記載の電子部品のフリップチップ接合方法。
【請求項３】
前記柱状体と前記バンプとの合金化により形成される合金は、１質量％〜５質量％のＡｇ及び０．５質量％〜２質量％のＣｕのうちの少なくとも一方を含む、請求項２に記載の電子部品のフリップチップ接合方法。
【請求項４】
前記柱状体は、前記柱状体と前記バンプとの合金化により形成される合金に含まれているＳｎ以外の成分の少なくとも一部を含む、請求項２または３に記載の電子部品のフリップチップ接合方法。
【請求項５】
前記柱状体は、前記柱状体と前記バンプとの合金化により形成される合金に含まれているＳｎ以外の成分の５０質量％以上を含む、請求項４に記載の電子部品のフリップチップ接合方法。
【請求項６】
前記バンプと前記柱状体との接合方向から視たときに、前記柱状体は、前記バンプよりも小さい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子部品のフリップチップ接合方法。
【請求項７】
前記電子部品は、半導体チップである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子部品のフリップチップ接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品のフリップチップ接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワイヤーボンディングによる電子部品の接合方法に替わる電子部品の接合方法として、フリップチップ接合方法が広く用いられるようになってきている。その一例として、例えば、下記の特許文献１には、半導体ＩＣチップ上に形成されている金バンプと、回路基板上に形成されており、Ｓｎを含む半田バンプとを合金化させることにより、電子部品を回路基板にフリップチップ接合する方法が提案されている。このように、合金化を伴う電子部品の接合方法によれば、電子部品を高い接合強度で接合できる。従って、合金化を伴う電子部品の接合方法は、非常に有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３３３９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のように、金バンプと、Ｓｎを含む半田バンプとを合金化してＡｕＳｎ合金を形成するためには、３５０℃以上といった高温にまで金バンプ及び半田バンプを加熱する必要がある。このため、電子部品の接合工程において、電子部品も高温になってしまう。従って、特許文献１に記載のフリップチップ接合方法は、耐熱温度が低い電子部品には使用できないという問題がある。
【０００５】
耐熱温度が低い電子部品の接合方法としては、例えば、ＳｎＡｇ合金やＳｎＣｕ合金などの、ＡｕＳｎ合金よりも低温で合金化する合金を形成することにより電子部品を接合する方法が考えられる。しかしながら、ＳｎＡｇ合金やＳｎＣｕ合金などの低温で合金化可能な合金は、共晶点における含有量が非常に低い成分を含んでいることが多い。例えば、ＳｎＡｇ合金では、共晶点におけるＡｇの含有量は、約３．５質量％である。ＳｎＣｕ合金では、共晶点におけるＣｕの含有量は、約０．７質量％である。このため、ＳｎＡｇ合金では、Ａｇの含有量を１質量％〜５質量％の範囲で高精度に制御する必要がある。Ａｇの含有量が１質量％未満となると、Ｓｎのウイスカが発生しやすくなる。一方、Ａｇの含有量が５質量％より多くなると、合金の強度が低くなるためである。ＳｎＣｕ合金では、Ｃｕの含有量を０．５質量％〜２質量％の範囲で高精度に制御する必要がある。一方、Ｃｕの含有量が０．５質量％未満となると、Ｓｎのウイスカが発生し、隣接するバンプ間で短絡しやすくなる。Ｃｕの含有量が２質量％よりも多くなると、合金が脆くなるためである。
【０００６】
しかしながら、従来のようにＡｇバンプまたはＣｕバンプと、Ｓｎバンプとを形成し、これらのバンプを合金化する方法では、ＡｇやＣｕの含有量を上記のような狭い範囲内に高精度に制御できないため、ＳｎＡｇ合金やＳｎＣｕ合金を好適に形成できないという問題がある。すなわち、従来の方法では、共晶点における含有量が低い成分を有する合金を形成して電子部品の接合を行うことは困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、共晶点における含有量が低い成分を有する合金を形成することにより電子部品をフリップチップ接合する場合であっても、高い信頼性で電子部品の接合を行い得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るフリップチップ接合方法は、電子部品を回路基板にフリップチップ接合する方法に関する。本発明に係るフリップチップ接合方法は、電子部品及び回路基板のうちの一方に金属または合金からなるバンプを形成する工程と、電子部品及び回路基板のうちの他方に、インクジェット法により金属または合金からなる柱状体を形成する工程と、柱状体とバンプとを合金化させることにより電子部品を回路基板に接合する工程とを備えている。
【０００９】
なお、本発明において、柱状体には、基端側から先端側に向かって先細る錐状のものや錐台状のものが含まれるものとする。
【００１０】
本発明に係るフリップチップ接合方法のある特定の局面では、柱状体とバンプとの合金化により形成される合金は、Ｓｎと、Ａｇ及びＣｕのうちの少なくとも一方とからなる合金である。この構成によれば、柱状体とバンプとの合金化を低温で行うことができる。従って、電子部品の損傷を抑制することができる。
【００１１】
本発明に係るフリップチップ接合方法の他の特定の局面では、柱状体とバンプとの合金化により形成される合金は、１質量％〜５質量％のＡｇ及び０．５質量％〜２質量％のＣｕのうちの少なくとも一方を含む。
【００１２】
本発明に係るフリップチップ接合方法の別の特定の局面では、柱状体は、柱状体とバンプとの合金化により形成される合金に含まれているＳｎ以外の成分の少なくとも一部を含む。
【００１３】
本発明に係るフリップチップ接合方法のさらに他の特定の局面では、柱状体は、柱状体とバンプとの合金化により形成される合金に含まれているＳｎ以外の成分の５０質量％以上を含む。この構成によれば、共晶点における含有量が低い成分の含有量をより高精度に制御することができる。従って、より高い信頼性で電子部品の接合を行うことができる。
【００１４】
本発明に係るフリップチップ接合方法のさらに別の特定の局面では、バンプと柱状体との接合方向から視たときに、柱状体は、バンプよりも小さい。この構成では、バンプと柱状体とを合金化させる工程において、バンプと柱状体との接触面積を小さくすることができる。このため、電子部品と回路基板との間に付与する荷重を小さくすることができる。従って、電子部品の損傷をより効果的に抑制することができる。
【００１５】
本発明に係るフリップチップ接合方法のさらにまた他の特定の局面では、電子部品は、半導体チップである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、インクジェット法により金属または合金からなる柱状体を形成する。このため、ペーストを、少量ずつ、複数回に分けて塗布することにより柱状体を形成する。よって、柱状体の組成を高精度に制御することができる。従って、柱状体とバンプとの合金化により形成される合金の組成を高精度に制御することができる。よって、例えば、共晶点における含有量が低い成分を有する合金を形成することにより電子部品をフリップチップ接合する場合であっても、高い信頼性で電子部品の接合を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態におけるフリップチップ接合工程を説明するための略図的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態においてフリップチップ接合された電子部品と回路基板との略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、本実施形態において説明するフリップチップ接合方法は、単なる一例である。本発明に係るフリップチップ接合方法は、以下に例示するフリップチップ接合方法に何ら限定されない。
【００１９】
まず、電子部品１０及び回路基板２０（図１を参照）を用意する。
【００２０】
電子部品１０は、電子部品本体１０ａと、電子部品本体１０ａの表面に形成されている複数の端子電極１０ｂとを備えている。端子電極１０ｂは、適宜の導電材料により形成することができる。端子電極１０ｂは、例えば、Ｔｉ膜、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜が、電子部品本体１０ａ側からこの順番で積層された積層膜により構成されていてもよい。
【００２１】
電子部品１０の種類は、特に限定されない。電子部品１０は、例えば、半導体ＩＣチップなどの半導体チップや、コンデンサ、サーミスタ、圧電部品、インダクタ、弾性波素子などであってもよい。なかでも、半導体ＩＣチップなどの半導体チップや、弾性波素子などは、耐熱性が低いため、本実施形態の技術が特に好適に適用される。
【００２２】
電子部品１０の寸法も特に限定されない。電子部品１０は、例えば、一辺の長さが１ｍｍ〜７ｍｍ程度の矩形状であってもよい。また、電子部品１０に形成されている端子電極１０ｂの数量も特に限定されない。電子部品１０に形成されている端子電極１０ｂの数量は、例えば、１０〜２００個程度であってもよい。
【００２３】
回路基板２０は、回路基板本体２０ａと、回路基板本体２０ａに形成されている配線２０ｂとを有する。回路基板本体２０ａは、例えば、樹脂やセラミック、ガラス、ガラスエポキシ基板などにより形成することができる。配線２０ｂは、電子部品１０の端子電極１０ｂの配置や形状に応じて形成されている。配線２０ｂは、例えば、銅やアルミニウムなどの金属や、それらの金属の１種以上を含む合金等の適宜の導電材料により形成することができる。
【００２４】
次に、電子部品１０及び回路基板２０のうちの一方にバンプを形成すると共に、電子部品１０及び回路基板２０のうちの他方に柱状体を形成する。具体的には、本実施形態では、電子部品１０にバンプ１１を形成し、回路基板２０に柱状体２１を形成する例について説明する。もっとも、電子部品に柱状体を形成し、回路基板にバンプを形成してもよい。
【００２５】
詳細には、電子部品本体１０ａの表面に形成されている端子電極１０ｂの上に、バンプ１１を形成する。バンプ１１の形成方法は特に限定されない。バンプ１１の形成方法は、バンプ１１の組成などに応じて適宜選択することができる。例えば、はんだボールを搭載することによりバンプ１１を形成してもよいし、はんだペーストをスクリーン印刷するなどの各種印刷法により形成してもよい。また、バンプ１１は、めっきにより形成してもよい。ここではバンプ１１をはんだで形成しているが、バンプ１１をＳｎにより形成してもよい。
【００２６】
回路基板２０の配線２０ｂの上には、柱状体２１を形成する。柱状体２１は、インクジェット法により、ペーストを、少量ずつ、複数回に分けて塗布することにより形成する。柱状体２１は、より多くの塗布回数で形成することが好ましい。具体的には、柱状体２１は、２回以上に分けてペーストを塗布することにより形成することが好ましい。一度に塗布するペーストの体積は、３ｐＬ〜６ｐＬ程度であることが好ましい。
【００２７】
柱状体２１の形成に用いる導電ペーストとしては、例えば、Ｃｕ，Ａｇなどの金属またはそれらの合金からなる導電性粒子と、有機バインダーや分散剤、溶媒などとを含むものを用いることができる。導電性粒子の平均粒子径は、１００ｎｍ以下であることが好ましい。導電性粒子の含有量は、４０質量％〜８０質量％程度であることが好ましい。
【００２８】
なお、インクジェット法による柱状体２１の形成に際しては、電子部品１０を載置するステージの温度を、例えば９０℃程度にまで加熱してもよい。
【００２９】
柱状体２１は、例えば、円柱状、三角柱状、多角柱状、円錐台状、多角錐台状、円錐状、角錐状などに形成されていてもよい。
【００３０】
柱状体２１は、バンプ１１と柱状体２１との接合方向ｚから視たときに、バンプ１１よりも小さく形成されていることが好ましい。そうすることにより、後の接合工程において、電子部品１０と回路基板２０とに加える加重を小さくすることができる。従って、接合工程における電子部品１０や回路基板２０の損傷を効果的に抑制することができる。
【００３１】
また、柱状体２１は、接合方向ｚが長手方向となる細長形状に形成されていることが好ましい。具体的には、柱状体２１は、柱状体２１の回路基板２０側の基底部の幅Ｗよりも、接合方向ｚに沿った高さＨの方が大きくなるように形成されていることが好ましい。幅Ｗに対する高さＨの比（Ｈ／Ｗ）は、１以上であることが好ましく、２以上であることがより好ましい。
【００３２】
次に、図１に示すように、バンプ１１を形成した電子部品１０と、柱状体２１を形成した回路基板２０とを、バンプ１１と柱状体２１とが対向するように配置する。電子部品１０を回路基板２０に搭載し、一括リフローして合金化させる。ただし、電子部品１０と回路基板２０とを、互いに近づく方向に加圧しながら、バンプ１１及び柱状体２１のうちの少なくとも一方を加熱することにより合金化してもよい。バンプ１１と柱状体２１とを合金化させることにより電子部品１０を回路基板２０に接合する。このため、図２に示すように、電子部品１０の端子電極１０ｂと、回路基板２０の配線２０ｂとは、バンプ１１と柱状体２１とが合金化してなる合金３０により接合され、電気的に接続された状態となる。
【００３３】
なお、バンプ１１と柱状体２１との合金化の際のリフロー温度は、バンプ１１と柱状体２１との種類により適宜設定することができるが、例えば、合金３０がＳｎＡｇ合金の場合は、約２４５℃以下とすることができる。
【００３４】
本実施形態において、合金３０は、例えば、Ｓｎと、Ａｇ及びＣｕのうちの少なくとも一方とからなる合金により形成することができる。すなわち、合金３０は、例えば、ＳｎＡｇ合金、ＳｎＡｇＣｕ合金またはＳｎＣｕ合金により形成することができる。このような合金においては、Ａｇ、Ｃｕの共晶点における含有量が、Ｓｎの含有量に対して非常に低くなる。
【００３５】
合金３０が、Ａｇを含む場合は、Ａｇの含有量は、例えば、１質量％〜５質量％とすることができる。Ａｇの含有量が１質量％より少ないと、Ｓｎのウイスカが発生し、隣接する端子間が短絡する場合がある。一方、Ａｇの含有量が５質量％より多いと、合金の強度が低下する場合がある。
【００３６】
合金３０が、Ｃｕを含む場合は、Ｃｕの含有量は、例えば、０．５質量％〜２質量％とすることができる。Ｃｕの含有量が０．５質量％より少ないと、Ｓｎのウイスカが発生し、隣接する端子間が短絡する場合がある。一方、Ｃｕの含有量が２質量％よりも多いと、合金３０が脆くなる場合がある。
【００３７】
また、合金３０が上記のような、共晶点における含有量が低い成分Ａｇ、Ｃｕを含む合金からなる場合は、柱状体２１は、共晶点における含有量が低い成分である、Ｓｎ以外の成分Ａｇ，Ｃｕの少なくとも一部を含むようにする。好ましくは、柱状体２１は、共晶点における含有量が低い成分である、Ｓｎ以外の成分Ａｇ，Ｃｕの５０質量％以上を含むようにする。より好ましくは、柱状体２１は、共晶点における含有量が低い成分である、Ｓｎ以外の成分Ａｇ，Ｃｕの実質的に全部を含むようにする。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、柱状体２１をインクジェット法により、導電性ペーストを、少量ずつ、複数回に分けて塗布することにより形成する。よって、柱状体２１の組成を高精度に制御することができる。従って、柱状体２１とバンプ１１との合金化により形成される合金３０の組成を高精度に制御することができる。よって、例えば、共晶点における含有量が、例えば、１０質量％以下、さらには５質量％以下と低い成分を有する合金３０を形成する場合であっても、高い信頼性で電子部品１０の接合を行うことができる。
【００３９】
従って、例えば、Ｓｎと、Ａｇ及びＣｕのうちの少なくとも一方とからなる、融点の低い合金を電子部品１０の接合に使用し得るため、電子部品１０の接合時における電子部品１０の損傷を効果的に抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、柱状体２１を形成するため、電子部品１０の表面や、回路基板２０の表面に凹凸が形成されている場合であっても、電子部品１０を高い確実性で接合することができる。具体的には、凸部に形成されている柱状体２１とバンプ１１とが接触すると、その接触部分から合金化が進行するにつれて、電子部品１０が回路基板２０側に変位する。これにより、凹部に形成されている柱状体２１とバンプ１１とも接触し、合金化が進行する。従って、凹部に形成されている柱状体２１が存在したとしても、その柱状体２１もバンプ１１と高い確実性で電気的に接続することができる。
【００４１】
なお、ＳｎＡｇ合金は、Ａｇが３．５質量％で共晶点を持ち、共晶点は２２１℃である。合金３０が、ＳｎＡｇ合金からなる場合は、バンプ１１をＳｎＡｇ合金またはＳｎにより形成し、柱状体２１をＡｇにより形成することが好ましい。バンプ１１をＳｎＡｇ合金により形成し、柱状体２１をＡｇにより形成する場合は、バンプ１１におけるＡｇの含有量を、２質量％以下とすることが好ましい。合金３０が、ＳｎＡｇ合金からなる場合、合金３０におけるＡｇの含有量は、１質量％〜５質量％であることが好ましい。
【００４２】
ＳｎＡｇＣｕ合金では、Ａｇが３．０質量％かつＣｕが０．５質量％における共晶点が２１７−２１９℃である。合金３０が、ＳｎＡｇＣｕ合金からなる場合は、バンプ１１をＳｎ、ＳｎＡｇ合金、ＳｎＡｇＣｕ合金またはＳｎＣｕ合金により形成し、柱状体２１をＡｇ、ＣｕまたはＡｇＣｕ合金により形成することが好ましい。合金３０に含まれるＡｇ及びＣｕのうちの５０質量％以上が柱状体２１に含まれるようにすることがより好ましく、合金３０に含まれるＡｇ及びＣｕの実質的に全部が柱状体２１に含まれるようにすることがより好ましい。
【００４３】
ＳｎＣｕ合金は、Ｃｕが０．７質量％で共晶点をもち、共晶点は、２２７℃である。合金３０が、ＳｎＣｕ合金からなる場合は、バンプ１１をＳｎＣｕ合金またはＳｎにより形成し、柱状体２１をＣｕにより形成することが好ましい。合金３０に含まれるＣｕのうちの５０質量％以上が柱状体２１に含まれるようにすることが好ましく、合金３０に含まれるＣｕの実質的に全部が柱状体２１に含まれるようにすることがより好ましい。合金３０が、ＳｎＣｕ合金からなる場合は、合金３０におけるＣｕの含有量は、０．５質量％〜２質量％であることが好ましい。
【００４４】
（実施例１）
Ｃｕの含有率が０．７質量％のＳｎＣｕからなり、直径が２００ｕｍのバンプをＩＣの上に形成した。また、インクジェット印刷機を用いて、基板に平均粒子径が５ｎｍのＡｇ粒子を６０質量％含むＡｇナノペーストを、直径が５０μｍで、高さが１００μｍの円柱状に形成し、２３０℃で６０分間乾燥させた。
【００４５】
次に、マウンタを用いて上記ＩＣを上記基板上に実装し、その後、最高温度が２６０℃となるようにリフローを行った。
【００４６】
その結果、バンプと円柱状のペースト成形体が合金化できていることを、断面ＳＥＭ観察で確認した。その合金を分析した結果、下記の表１に示す通りであり、想定した組成になっていることを確認した。
【００４７】
【表１】
2012023118.tif 000003
【符号の説明】
【００４８】
１０…電子部品
１０ａ…電子部品本体
１０ｂ…端子電極
１１…バンプ
２０…回路基板
２０ａ…回路基板本体
２０ｂ…配線
２１…柱状体
３０…合金
【図１】
2012023118.tif 000004
【図２】
2012023118.tif 000005