(57)【要約】電気的接続の信頼性を向上させることのできる電子回路の接続方法及び電子回路を提供する。電子回路１００の接続方法であって、それぞれ錐形状を有する第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０を形成する工程と、第１金属バンプ３０によって、第１電極パッド１２と第３電極パッド２２とを接合するとともに、第２金属バンプ４０によって、第２電極パッド１３と第４電極パッド２３とを接合する工程と、を含み、第１接続面１１における第１領域１１ａと第２領域１１ｂとの間及び第２接続面２１における第３領域２１ａと第４領域２１ｂとの間のうちの少なくとも一方に、段差１１ｃを有し、第１金属バンプ３０と第２金属バンプ４０とは、段差１１ｃの高さＨ１を補正するように、異なる高さを有する。
2019239909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１領域に第１電極パッドが設けられ、第２領域に第２電極パッドが設けられた第１接続面と、前記第１領域に対向する第３領域に第３電極パッドが設けられ、前記第２領域に対向する第４領域に第４電極パッドが設けられた第２接続面とを電気的に接続する電子部品の接続方法であって、
それぞれ錐形状を有する第１金属バンプ及び第２金属バンプを形成する工程と、
前記第１金属バンプによって、前記第１電極パッドと前記第３電極パッドとを接合するとともに、前記第２金属バンプによって、前記第２電極パッドと前記第４電極パッドとを接合する工程と、を含み、
前記第１接続面における前記第１領域と前記第２領域との間及び前記第２接続面における前記第３領域と前記第４領域との間のうちの少なくとも一方に、段差を有し、
前記第１金属バンプと前記第２金属バンプとは、前記段差の高さを補正するように、異なる高さを有する、
電子回路の接続方法。
【請求項２】
前記接合する工程は、前記第１接続面の前記第１領域と前記第２接続面の前記第３領域との間に第１間隙を形成するとともに、前記第１接続面の前記第２領域と前記第２接続面の前記第４領域との間に第２間隙を形成することを含み、
前記第１金属バンプの高さは、前記第１間隙の高さに比例し、
前記第２金属バンプの高さは、前記第２間隙の高さに比例する、
請求項１に記載の電子回路の接続方法。
【請求項３】
前記形成する工程は、前記第１金属バンプ及び前記第２金属バンプを一緒に形成することを含む、
請求項１又は２に記載の電子回路の接続方法。
【請求項４】
前記形成する工程は、
前記第１接続面にフォトレジスト膜を形成することと、
それぞれの開口の直径が異なる第１穴及び第２穴を前記フォトレジスト膜に形成することと、
前記フォトレジスト膜に向けて金属粒子を含むガスを吹き付けて、前記第１穴及び前記第２穴のそれぞれの内部に前記金属粒子を堆積させることと、
前記フォトレジスト膜を前記第１接続面から除去すること、を含む、
請求項１から３のいずれかに記載の電子回路の接続方法。
【請求項５】
前記第１金属バンプの高さは、前記第１穴の開口の直径に比例し、
前記第２金属バンプの高さは、前記第２穴の開口の直径に比例する、
請求項４に記載の電子回路の接続方法。
【請求項６】
前記形成する工程は、前記第１金属バンプ及び前記第２金属バンプを相似形の錐形状に形成することを含む、
請求項１から４のいずれかに記載の電子回路の接続方法。
【請求項７】
前記接合する工程は、前記第１金属バンプ及び前記第２金属バンプに所定の荷重を加えることを含む、
請求項１から６のいずれかに記載の電子回路の接続方法。
【請求項８】
第１領域に第１電極パッドが設けられ、第２領域に第２電極パッドが設けられた第１接続面を有する第１構成要素と、
前記第１領域に対向する第３領域に第３電極パッドが設けられ、前記第２領域に対向する第４領域に第４電極パッドが設けられた第２接続面を有する第２構成要素と、
錐形状を有し、前記第１電極パッドと前記第３電極パッドとを接合する第１金属バンプと、
錐形状を有し、前記第２電極パッドと前記第４電極パッドとを接合する第２金属バンプと、を備え、
前記第１接続面における前記第１領域と前記第２領域との間及び前記第２接続面における前記第３領域と前記第４領域との間のうちの少なくとも一方に、段差を有し、
前記第１金属バンプと前記第２金属バンプとは、前記段差の高さを補正するように、異なる高さを有する、
電子回路。
【請求項９】
前記第１金属バンプの高さは、前記第１接続面の前記第１領域と前記第２接続面の前記第３領域との間に形成された第１間隙の高さに比例し、
前記第２金属バンプの高さは、前記第１接続面の前記第２領域と前記第２接続面の前記第４領域との間に形成された第２間隙の高さに比例する、
請求項８に記載の電子回路。
【請求項１０】
前記第１金属バンプ及び前記第２金属バンプは、相似形の錐形状を有する、
請求項８又は９に記載の電子回路。
【請求項１１】
前記第１金属バンプ及び前記第２金属バンプのそれぞれの先端部は、所定の荷重が加えられて圧縮されている、
請求項８から１０のいずれかに記載の電子回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路の接続方法及び電子回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子の実装方法として、半導体素子の電極部に半導体素子表面より突出した導電性の突出部を設け、この突出部を剛体平面に一旦押しつけ、基板もしくは半導体素子の少なくとも一方に接着剤を塗布し、突出部と電極パターンとが接触するように半導体素子を加圧し接合させた後、接着用樹脂を硬化させるものが知られている（特許文献１参照）。また、微細金属バンプの形成装置として、マスク層に金属配線の所定箇所が露出するホールパターンが形成された基板を保持する基板保持手段と、保持された基板に対し、金属微粒子をキャリアガスと共にノズルから噴射する金属微粒子噴射手段とを備え、噴射された金属微粒子を金属配線の所定箇所に堆積させ、ガスデポジション法によって錐形所の金属バンプを形成する微細金属バンプの形成装置であって、基板保持手段は、基板の下面よりも大きい寸法形状に形成され、基板をその他面側から保持する金属製の熱放射板からなる冷却部材と、基板と冷却部材との間に介設され、可撓性を有する熱伝導性シートと、基板の一面側の周縁部を押圧した状態で、基板を冷却部材に固定すると共に、少なくとも基板の一面側の周縁部と冷却部材とに対し面接触する金属製の熱放射部材からなる固定部材とを有するものが知られている（特許文献２参照）。また、部品実装方法として、板状の本体の片面に複数のバンプを有する電子部品をボンディングヘッドに保持させるとともに、各バンプにそれぞれ複数のパッドが対面するように回路基板をステージに保持させ、各バンプおよび各パッドを接触させてから、ステージに対してボンディングヘッドを近接させて各バンプを押圧し、各バンプに、各パッドとの接続が不良とならない量の変形を生じさせて、電子部品を回路基板に実装する部品実装方法であって、ステージに対してボンディングヘッドを近接させる近接動作により、各バンプ及び各パッドが接触してボンディングヘッドを介して電子部品に加えられる荷重が第１荷重値となったときのボンディングヘッドの第１位置を計測する第１位置計測工程を行い、次に、ボンディングヘッドを介して電子部品に加えられる荷重が第１荷重値を超える第２荷重値となったときに近接動作を停止し、続いて第１荷重値に戻るまでボンディングヘッドを介して電子部品に加えられる荷重を緩めたときのボンディングヘッドの第２位置を計測する第２位置計測工程を行い、第１位置および第２位置の差から各バンプの変形量を算出するバンプ変形量算出工程を行うものが知られている（特許文献３参照）。また、実装方法として、チップに設けられたピラーバンプを、ピラーバンプに設けた半田を介して、基板に設けられた電極に、押圧しながら加熱し熱圧着する実装方法であって、チップを熱圧着ツールで保持して基板側に下降させる工程と、チップのピラーバンプが基板の電極に接触した後、チップを保持する熱圧着ツールの温度を半田溶融温度に昇温する工程と、予め設定されている押し込み量だけ、チップを基板側に押し込み、押し込みが完了した際の、基板の電極からの反力を測定する第１の反力測定工程と、ピラーバンプに設けられた半田が溶融した際の基板の電極からの反力を測定する第２の反力測定工程と、第１の反力測定工程の測定結果と、第２の反力測定工程の測定結果から、半田の溶融に伴う反力の変化を求め、半田が溶融したピラーバンプと電極の位置合わせの良否を判定する反力判定工程と、を有するものが知られている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２７８０３４号公報
【特許文献２】特許第５０６２７６３号公報
【特許文献３】特許第５５６５９６６号公報
【特許文献４】特許第５８７７６４５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から４に開示された技術では、パッドとバンプの接続面に関して、バンプより大きい領域に渡って、高さ段差がある場合、例えば、高さの低い場所に設けられたバンプと高さの高い場所に設けられたバンプとの両方を同じ電気特性で接合させることが困難であった。そのため、例えば一方の接続面を有するパッケージ基板と他方の接続面を有するデバイスチップとの間の電気的接続は、その信頼性が低かった。【０００５】
そこで、本発明は、電気的接続の信頼性を向上させることのできる電子回路の接続方法及び電子回路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】
【０００６】
本発明の一態様に係る電子回路の接続方法は、第１領域に第１電極パッドが設けられ、第２領域に第２電極パッドが設けられた第１接続面と、第１領域に対向する第３領域に第３電極パッドが設けられ、第２領域に対向する第４領域に第４電極パッドが設けられた第２接続面とを電気的に接続する電子部品の接続方法であって、それぞれ錐形状を有する第１金属バンプ及び第２金属バンプを形成する工程と、第１金属バンプによって、第１電極パッドと第３電極パッドとを接合するとともに、第２金属バンプによって、第２電極パッドと第４電極パッドとを接合する工程と、を含み、第１接続面における第１領域と第２領域との間及び第２接続面における第３領域と第４領域との間のうちの少なくとも一方に、段差を有し、第１金属バンプと第２金属バンプとは、段差の高さを補正するように、異なる高さを有する。【０００７】
本発明の他の態様に係る電子回路は、第１領域に第１電極パッドが設けられ、第２領域に第２電極パッドが設けられた第１接続面を有する第１構成要素と、第１領域に対向する第３領域に第３電極パッドが設けられ、第２領域に対向する第４領域に第４電極パッドが設けられた第２接続面を有する第２構成要素と、錐形状を有し、第１電極パッドと第３電極パッドとを接合する第１金属バンプと、錐形状を有し、第２電極パッドと第４電極パッドとを接合する第２金属バンプと、を備え、第１接続面における第１領域と第２領域との間及び第２接続面における第３領域と第４領域との間のうちの少なくとも一方に、段差を有し、第１金属バンプと第２金属バンプとは、段差の高さを補正するように、異なる高さを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電気的接続の信頼性を向上させることのできる電子回路の接続方法及び電子回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電子回路の構成の一例を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法によって形成される金属バンプの計測結果を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法によって形成される金属バンプの実験結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。
【図１１】図１１は、図１に示した電子回路の第１変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図１２】図１２、図１に示した電子回路の第２変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
【００１１】
まず、図１を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る電子回路について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子回路１００の構成の一例を概略的に示す断面図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係る電子回路１００は、回路基板１０と、半導体デバイス２０と、第１金属バンプ３０と、第２金属バンプ４０と、を備える。なお、本実施形態において、回路基板１０は本発明の「第１構成要素」の一例に相当し、半導体デバイス２０は本発明の「第２構成要素」の一例に相当する。
【００１３】
回路基板１０は、その種類を限定するものではないが、例えば、半導体（Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ等）基板、有機樹脂基板、無機セラミック基板を基材とし、金属配線を多層に形成した、多層配線回路基板である。回路基板１０は、Ｚ軸の正方向側に第１接続面１１を有している。第１接続面１１には、第１領域１１ａに第１電極パッド１２が設けられ、第２領域１１ｂに第２電極パッド１３が設けられている。
【００１４】
第１電極パッド１２及び第２電極パッド１３は、それぞれ、回路基板１０に設けられた、図示しない電子回路に電気的に接続されている。第１電極パッド１２及び第２電極パッド１３の材料は、特に限定されるものではないが、それぞれ、例えば、下地としてチタン（Ｔｉ）層を含み、チタン層の表面に金（Ａｕ）層をさらに含んでいる。
【００１５】
第１接続面１１において、第１領域１１ａと第２領域１１ｂとの間に、段差１１ｃを有している。段差１１ｃは高さＨ１を有しており、高さＨ１は、例えば０．１μｍ以上、１００μｍ以下である。
【００１６】
半導体デバイス２０は、その種類を限定するものではないが、例えば、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ等の電子部品である。半導体デバイス２０は、Ｚ軸の負方向側の面であって、回路基板１０の第１接続面１１に対向する第２接続面２１を有している。第２接続面２１は、略平面であり、第１接続面１１の第１領域１１ａに対向する第３領域２１ａに第３電極パッド２２が設けられ、第１接続面１１の第２領域１１ｂに対向する第４領域２１ｂに第４電極パッド２３が設けられている。
【００１７】
第３電極パッド２２及び第４電極パッド２３は、それぞれ、半導体デバイス２０に設けられた、図示しない電子回路に電気的に接続されている。第３電極パッド２２及び第４電極パッド２３の材料は、特に限定されるものではないが、それぞれ、例えば、下地としてチタン（Ｔｉ）層を含み、チタン層の表面に金（Ａｕ）層をさらに含んでいる。
【００１８】
第１金属バンプ３０は、例えば金（Ａｕ）等の導電性材料で構成されている。第１金属バンプ３０は、第１接続面１１の第１電極パッド１２と第２接続面２１の第３電極パッド２２とを接合している。これにより、第１金属バンプ３０によって、回路基板１０と半導体デバイス２０とが電気的に接続される。
【００１９】
第１金属バンプ３０は、錐形状を有している。第１金属バンプ３０は、最初に、第１電極パッド１２の上に形成される。このとき、第１金属バンプ３０の形状は、錐形である。錐形の第１金属バンプ３０は、加えられた荷重に対して圧縮量が大きく、圧縮されても広がりにくいという特徴を有する。これにより、先端部が圧縮され、形成される高さのばらつきを吸収して容易に接合することができるとともに、荷重によってバンプが広がることでバンプ同士が短絡することを防ぐので、第１金属バンプ３０を、例えばμｍレベルの狭いピッチ間隔で配置することが可能となる。
【００２０】
第１金属バンプ３０は、第１電極パッド１２と第３電極パッド２２とを接合する際に、荷重が加わることによりその頂点が圧縮されて変形する。その結果、第１金属バンプ３０は、頂点が略平面の略錐形になる。
【００２１】
なお、本願における「錐形状」は、その形状が厳密に錐形である場合に限定されず、前述したような先端部が変形した略錐形を含む意味である。
【００２２】
接合後、第１金属バンプ３０は、高さｈ１１’を有している。一方、第１金属バンプ３０の直径は、例えば３μｍ以上５０μｍ以下である。第１金属バンプ３０の直径は、好ましくは３μｍ以上３０μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ以上１０μｍ以下である。
【００２３】
第２金属バンプ４０は、例えば金（Ａｕ）等の導電性材料で構成されている。第２金属バンプ４０は、第１接続面１１の第２電極パッド１３と第２接続面２１の第４電極パッド２３とを接合している。これにより、第２金属バンプ４０によって、回路基板１０と半導体デバイス２０とが電気的に接続される。
【００２４】
第２金属バンプ４０は、錐形状を有している。第２金属バンプ４０は、最初に、第２電極パッド１３の上に形成される。このとき、第２金属バンプ４０の形状は、錐形である。錐形の第２金属バンプ４０は、加えられた荷重に対して圧縮量が大きく、圧縮されても広がりにくいという特徴を有する。これにより、先端部が圧縮され、形成される高さのばらつきを吸収して容易に接合することができるとともに、荷重によってバンプが広がることでバンプ同士が短絡することを防ぐので、第２金属バンプ４０を、例えばμｍレベルの狭いピッチ間隔で配置することが可能となる。
【００２５】
第２金属バンプ４０は、第２電極パッド１３と第４電極パッド２３とを接合する際に、荷重が加わることによりその頂点が圧縮されて変形する。その結果、第２金属バンプ４０は、頂点が略平面の略錐形になる。接合後、第２金属バンプ４０は、高さｈ１２’を有している。一方、第２金属バンプ４０の直径は、例えば３μｍ以上５０μｍ以下である。第１金属バンプ３０の直径は、好ましくは３μｍ以上３０μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ以上１０μｍ以下である。
【００２６】
第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０のそれぞれの先端部は、所定の荷重が加えられて圧縮されている。ここで、詳細は後述するが、本発明の発明者は所定の荷重を加える場合、高さの異なる第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０のそれぞれの先端部の圧縮量は略同一であることを見出した。よって、所定の荷重を加えて圧縮することにより、第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０のそれぞれの先端部の圧縮量が略同一になり、第１金属バンプ３０の接合面における接合条件と第２金属バンプ４０の接合面における接合条件を略同一にすることが可能となる。
【００２７】
第１金属バンプ３０と第２金属バンプ４０とは、第１接続面１１の段差１１ｃの高さＨ１を補正するように、異なる高さを有している（高さｈ１１’≠高さｈ１２’）。
【００２８】
具体的には、第１金属バンプ３０の高さｈ１１’は第２金属バンプ４０の高さｈ１２’より大きくなっており（高さｈ１１’＞高さｈ１２’）、その差は段差１１ｃの高さＨ１と略同一である（高さｈ１１’−高さｈ１２’≒高さＨ１）。
【００２９】
このように、第１接続面１１の段差１１ｃの高さＨ１を補正するように、第１金属バンプ３０と第２金属バンプ４０とが異なる高さを有することにより、段差１１ｃの高さＨ１によって発生し得る、接合面における接合力等の接合条件の差異を低減することができる。従って、良好な電気特性を有する均質な接合を実現することができ、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
また、第１接続面１１の第１領域１１ａと第２接続面２１の第３領域２１ａとの間には第１間隙Ｇ１１が形成され、第１接続面１１の第２領域１１ｂと第２接続面２１の第４領域２１ｂとの間には第２間隙Ｇ１２が形成されている。第１金属バンプ３０の高さｈ１１’は第１間隙Ｇ１１の高さｇ１１に比例し、第２金属バンプ４０の高さｈ１２’は第２間隙Ｇ１２の高さｇ１２に比例している。これにより、第１金属バンプ３０の接合面における接合条件と第２金属バンプ４０の接合面における接合条件を略同一にすることが可能となる。従って、良好な電気特性を有する均質な接合を実現することができ、電気的接続の信頼性をさらに向上させることができる。
【００３１】
さらに、第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０は、それぞれの高さが異なるものの、相似形の錐形状を有している。これにより、非相似形によって発生し得る、接合面における接合条件の差異を低減することができる。
【００３２】
次に、図２から図１０を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。図３は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。図４は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。図５は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。図６は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。図７は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。図８は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法によって形成される金属バンプの計測結果を示すグラフである。図９は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法によって形成される金属バンプの実験結果を示すグラフである。図１０は、本発明の一実施形態に係る電子回路の接続方法の一例を説明する図である。なお、図２から図７及び図１０では、便宜上、接続方法によって接続される電子回路の一部を示して説明する。
【００３３】
電子回路の接続方法は、最初に、図２に示すように、回路基板１０をあらかじめ用意する。回路基板１０は、Ｚ軸方向の正側に第１接続面１１を有している。第１接続面１１の第１領域１１ａに第１電極パッド１２が形成されており、第１接続面１１の第２領域１１ｂに第２電極パッド１３が形成されている。第１電極パッド１２及び第２電極パッド１３は、例えばスパッタリング等の方法によって形成される。また、第１接続面１１は、第１領域１１ａと第２領域１１ｂとの間に、高さＨ１の段差１１ｃを有している。
【００３４】
次に、図３に示すように、回路基板１０の第１接続面１１の上にフォトレジスト膜ＰＲを形成する。フォトレジスト膜ＰＲは、例えばスピンコート法等の方法によって形成される。フォトレジスト膜ＰＲの材料は、その種類を限定するものではないが、例えばポジ型フォトレジストとして、東京応化工業のＺＲ８８００、ＭＥＲＣＫ社のＡＺＰ４９０３，ＡＺＰ４６２０，ＡＺＰ４９３０等が使用される。
【００３５】
次に、図４に示すように、フォトレジスト膜ＰＲにおいて、第１電極パッド１２に対応する位置に第１穴ＨＯ１を形成するともに、第２電極パッド１３に対応する位置に第２穴ＨＯ２を形成する。これにより、第１電極パッド１２及び第２電極パッド１３が露出する。
【００３６】
第１穴ＨＯ１の開口ＡＰ１における直径ｄ１と、第２穴ＨＯ２の開口ＡＰ２における直径ｄ２とは異なっている（直径ｄ１≠直径ｄ２）。具体的には、第１穴ＨＯ１の開口ＡＰ１の直径ｄ１は、第２穴ＨＯ２の開口ＡＰ２の直径ｄ２より大きい（高さｈ１１’＞高さｈ１２’）。
【００３７】
第１穴ＨＯ１及び第２穴ＨＯ２は、それぞれ、例えばフォトリソグラフィ技術を用いて形成される。すなわち、パターニングされたマスク（レチクル）等の遮光材を用い、フォトレジスト膜ＰＲに光線を照射してエッチングすることにより、第１穴ＨＯ１及び第２穴ＨＯ２を形成する。
【００３８】
次に、第１電極パッド１２の上に第１金属バンプ３０を形成するとともに、第２電極パッド１３の上に第２金属バンプ４０を形成する。第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０の形成は、例えばガスデポジション法を用いて形成される。
【００３９】
すなわち、図５に示すように、フォトレジスト膜ＰＲが形成された回路基板１０は、減圧条件下の室内においてステージ装置ＳＴの上に載置される。ステージ装置ＳＴとともにＹ軸の正方向に移動するフォトレジスト膜ＰＲに向けて、噴射ノズルＳＮからナノ寸法の金属粒子を含むガスを吹き付ける。金属粒子は、例えばガス中蒸着法によって生成した金（Ａｕ）粒子である。吹き付けられた金属粒子は、フォトレジスト膜ＰＲの上にＺ軸の正方向に堆積するとともに、第１穴ＨＯ１及び第２穴ＨＯ２のそれぞれの内部に堆積する。第１穴ＨＯ１及び第２穴ＨＯ２の内部に吹き付けられたガスは対流を発生させ、フォトレジスト膜ＰＲに堆積される金属粒子は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にも伸びてひさし構造を形成する。
【００４０】
ステージ装置ＳＴを移動させ、噴射ノズルＳＮに対してフォトレジスト膜ＰＲを複数回スキャンさせることにより、フォトレジスト膜ＰＲ上に堆積される金属粒子のひさし構造は徐々に成長する。この成長に伴い、第１穴ＨＯ１及び第２穴ＨＯ２のそれぞれの開口ＡＰ１、ＡＰ２は徐々に閉じ、第１穴ＨＯ１及び第２穴ＨＯ２のそれぞれの内部に堆積される金属粒子は先細りの形状になる。最終的に、図６に示すように、第１穴ＨＯ１及び第２穴ＨＯ２のそれぞれの開口ＡＰ１、ＡＰ２が閉じてフォトレジスト膜ＰＲの上に堆積層ＳＬが形成される。また、第１穴ＨＯ１の内部には先端の尖った第１金属バンプ３０が形成され、第２穴ＨＯ２の内部には先端の尖った第２金属バンプ４０が形成される。
【００４１】
第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０は、ガスデポジション法によって、ほぼ同時に同じタイミングで、一緒に形成される。これにより、第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０をそれぞれ形成する場合と比較し、第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０の形成時間を短縮することができる。
【００４２】
第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０は、それぞれ、錐形状を有している。また、第１金属バンプ３０の形状は、図４に示した第１穴ＨＯ１の開口ＡＰ１の形状に依存する。すなわち、例えば、第１穴ＨＯ１の開口ＡＰ１の形状が円形であれば第１金属バンプ３０の形状は円錐になり、第１穴ＨＯ１の開口ＡＰ１の形状が四角形であれば第１金属バンプ３０は四角錐になる。同様に、第２金属バンプ４０の形状は、図４に示した第２穴ＨＯ２の開口ＡＰ２の形状に依存する。
【００４３】
本実施形態では、フォトレジスト膜ＰＲが形成された回路基板１０をステージ装置ＳＴに載置し、固定した噴射ノズルＳＮに対してステージ装置ＳＴを移動させる例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ステージ装置ＳＴの移動に代えて、又はステージ装置ＳＴの移動とともに、噴射ノズルＳＮを移動させるようにしてもよい。
【００４４】
次に、図７に示すように、堆積層ＳＬが形成されたフォトレジスト膜ＰＲを回路基板１０の第１接続面１１からリフトオフ、つまり、除去する。フォトレジスト膜ＰＲは、例えば溶剤、剥離液によって除去される。
【００４５】
このように、第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０の形成は、第１接続面１１にフォトレジスト膜ＰＲを形成することと、それぞれの開口の直径が異なる第１穴ＨＯ１及び第２穴ＨＯ２をフォトレジスト膜ＰＲに形成することと、フォトレジスト膜ＰＲに向けて金属粒子を含むガスを吹き付けて、第１穴ＨＯ１及び第２穴ＨＯ２のそれぞれの内部に金属粒子を堆積させることと、フォトレジスト膜ＰＲを第１接続面１１から除去することとによって、行われる。これにより、それぞれの高さが異なる第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０を容易に形成することができる。
【００４６】
第１金属バンプ３０の直径及び高さｈ１１は、それぞれ、図４に示した第１穴ＨＯ１の開口ＡＰ１の直径ｄ１に比例している。同様に、第２金属バンプ４０の直径及び高さｈ１２は、それぞれ、図４に示した第２穴ＨＯ２の開口ＡＰ２の直径ｄ２に比例している。
【００４７】
ここで、第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０と同様に、図２から図７に示した方法で形成された金属バンプは、図８に示すように、設計直径が３μｍから５μｍの範囲において、菱形のプロットで示す金属バンプの実測直径は略線形性を有し、設計直径と実測直径との差は、設計直径が３μｍ、４μ、及び５μｍのいずれにおいても、０．４μｍである。一方、四角形のプロットで示す当該金属バンプの高さと直径との比は、設計直径が３μｍから５μｍの範囲において、略一定であって、その値は約１であった。なお、図８の計測に用いた金属バンプは、以下のようにして形成されたものである。まず、Ｓｉ基板の上にＴｉ層及びＡｕ層を含む電極パッドを形成する。次に、このＳｉ基板の上にＺＲ８８００を使用して厚さ（高さ）７μｍのフォトレジスト膜を形成する。そして、このフォトレジスト膜に、開口の直径が、それぞれ３μｍ、４μｍ、５μｍの穴を形成し、円錐形状の金属バンプをそれぞれ形成する。
【００４８】
よって、第１金属バンプ３０の高さｈ１２が図４に示した第１穴ＨＯ１の開口ＡＰ１の直径ｄ１に比例し、第２金属バンプ４０の高さｈ１２が図４に示した第２穴ＨＯ２の開口ＡＰ２の直径ｄ２に比例することにより、フォトレジスト膜ＰＲに形成される第１穴ＨＯ１の開口ＡＰ１の直径ｄ１によって第１金属バンプ３０の高さｈ１２を変更することが可能となり、第２穴ＨＯ２の開口ＡＰ２の直径ｄ２によって第１金属バンプ３０の高さｈ１２を変更することが可能となる。
【００４９】
また、図２から図７に示した方法で形成された金属バンプであって、図９に示すように、三角形のプロットで示す設計直径が３μｍの金属バンプ、菱形のプロットで示す設計直径が４μｍの金属バンプ、及び四角形のプロットで示す設計直径が５μｍの金属バンプは、いずれも、荷重量が３ｍＮに対して圧縮量は約１．５μｍであった。さらに、設計直径が３μｍの当該金属バンプ、設計直径が４μｍの当該金属バンプ、及び設計直径が５μｍの当該金属バンプは、いずれも、荷重量が０ｍＮより大きく３ｍＮ以下の範囲において、圧縮量が略同一であった。なお、図９の実験に用いた金属バンプは、図８の計測に用いた金属バンプと同一である。
【００５０】
一方、図１０に示すように、半導体デバイス２０をあらかじめ用意する。半導体デバイス２０は、Ｚ軸の負方向側に第２接続面２１を有している。第２接続面２１の第３領域２１ａに第３電極パッド２２が形成されており、第２接続面２１の第４領域２１ｂに第４電極パッド２３が形成されている。
【００５１】
堆積層ＳＬが形成されたフォトレジスト膜ＰＲを除去した回路基板１０の第１接続面１１に対し、半導体デバイス２０の第２接続面２１を対向させて配置する。このとき、第２接続面２１の第３領域２１ａは第１接続面１１の第１領域１１ａに対向し、第２接続面２１の第４領域２１ｂは第１接続面１１の第２領域１１ｂに対向している。
【００５２】
そして、図１０に黒矢印で示すように半導体デバイス２０をＺ軸の負方向に移動させ、第３電極パッド２２を第１金属バンプ３０の先端に接触させるとともに、第４電極パッド２３を第２金属バンプ４０の先端に接触させる。さらに、図１０に白抜き矢印で示すように半導体デバイス２０に圧力を加え、所定の荷重を第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０に加える。これにより、第１金属バンプ３０の先端部及び第２金属バンプ４０の先端部のそれぞれが圧縮される。
【００５３】
このようにして、図１に示したように、第１金属バンプ３０が第１電極パッド１２と第３電極パッド２２とを接合するとともに、第２金属バンプ４０が第２電極パッド１３と第４電極パッド２３とを接合し、電子回路１００の回路基板１０の第１接続面１１と電子回路１００の半導体デバイス２０の第２接続面２１とが電気的に接続される。
【００５４】
第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０による接合は、熱圧着による接合であることが好ましい。すなわち、最初に、半導体デバイス２０におけるＺ軸の正方向側の面を図示しないヒーターヘッドに吸着させる。次に、センサーヘッドを移動させて、半導体デバイス２０の第２接続面２１を回路基板１０の第１接続面１１に対向させ、かつ、両面間に隙間を設けながら、回路基板１０に対する半導体デバイス２０の位置を合わせる。次に、ヒーターヘッドを所定の加熱温度に加熱した後、ヒーターヘッドをＺ軸の負方向に移動させる。
【００５５】
ここで、錐形状の金属バンプにおける変形のしやすさには温度依存性があり、温度が高いほど変形しやすい傾向にあることが認められる。そのため、金属バンプの圧縮量を制御するためには、温度を一定に保つことが好ましい。また、接合時の所定の加熱温度は、熱膨張係数の差によって接合部に発生する残留応力を小さくするために、低い温度であることが好ましい。一方、温度が低いほど、形成された接合の電気抵抗が高くなる傾向にある。よって、要求される電気抵抗にあわせて接合時の所定の加熱温度を設定する必要がある。
【００５６】
第１金属バンプ３０の先端が第３電極パッド２２に接触し、第２金属バンプ４０の先端が第４電極パッド２３に接触した後、ヒーターヘッドをさらにＺ軸の負方向に移動させ、第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０に圧力を加える。このとき、第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０に所定の荷重が加わるようにヒーターヘッドを制御することにより、前述したように、第１金属バンプ３０の先端部の圧縮量と第２金属バンプ４０の先端部の圧縮量とが略一定になる。これにより、半導体デバイス２０の第２接続面２１と回路基板１０の第１接続面１１との平行度を保ちつつ、第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０による熱圧着接合を行うことができる。また、ヒーターヘッドによる荷重を制御することにより、図１に示した第１間隙Ｇ１１の高さｇ１１及び第２間隙Ｇ１２の高さｇ１２を所望の値に制御することができる。
【００５７】
本実施形態では、回路基板１０を固定し、半導体デバイス２０に圧力を加えて第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０に荷重を加える例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、半導体デバイス２０の加圧に代えて、又は、半導体デバイス２０の加圧とともに、回路基板１０にＺ軸の正方向の圧力を加えて第１金属バンプ３０及び第２金属バンプ４０に荷重を加えるようにしてもよい。
【００５８】
次に、前述した電子回路１００の変形例について説明する。なお、図１に示した電子回路１００と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。
【００５９】
（第１変形例）
図１１は、図１に示した電子回路１００の第１変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【００６０】
図１１に示すように、電子回路１００Ａは、回路基板１０Ａの第１接続面１１が段差を有せずに略平面である点、及び、半導体デバイス２０Ａの第２接続面２１が、第３領域２１ａと第４領域２１ｂの間に段差２１ｃを有する点で、図１に示した電子回路１００と相違する。
【００６１】
具体的には、段差２１ｃは高さＨ２を有している。また、第１金属バンプ３０は高さｈ２１’を有し、第２金属バンプ４０は高さｈ２２’を有している。第１金属バンプ３０と第２金属バンプ４０とは、第２接続面２１の段差２１ｃの高さＨ２を補正するように、異なる高さを有している（高さｈ２１’≠高さｈ２２’）。
【００６２】
さらに具体的には、第１金属バンプ３０の高さｈ２１’は第２金属バンプ４０の高さｈ２２’より大きくなっており（高さｈ２１’＞高さｈ２２’）、その差は段差２１ｃの高さＨ２と略同一である（高さｈ２１’−高さｈ２２’≒高さＨ２）。
【００６３】
また、第１接続面１１の第１領域１１ａと第２接続面２１の第３領域２１ａとの間には第１間隙Ｇ２１が形成され、第１接続面１１の第２領域１１ｂと第２接続面２１の第４領域２１ｂとの間には第２間隙Ｇ２２が形成されている。第１金属バンプ３０の高さｈ２１’は第１間隙Ｇ２１の高さｇ２１に比例し、第２金属バンプ４０の高さｈ２２’は第２間隙Ｇ２２の高さｇ２２に比例している。
【００６４】
（第２変形例）
図１２は、図１に示した電子回路１００の第２変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【００６５】
図１２に示すように、電子回路１００Ｂは、回路基板１０Ｂの第１接続面１１が段差１１ｃを有するとともに、半導体デバイス２０Ｂの第２接続面２１が、第３領域２１ａと第４領域２１ｂの間に段差２１ｃを有する点で、図１に示した電子回路１００と相違する。
【００６６】
具体的には、段差１１ｃは高さＨ３を有し、段差２１ｃは高さＨ２を有している。また、第１金属バンプ３０は高さｈ３１’を有し、第２金属バンプ４０は高さｈ３２’を有している。第１金属バンプ３０と第２金属バンプ４０とは、第１接続面１１の段差１１ｃの高さＨ３及び第２接続面２１の段差２１ｃの高さＨ４を補正するように、異なる高さを有している（高さｈ３１’≠高さｈ３２’）。
【００６７】
さらに具体的には、第１金属バンプ３０の高さｈ３１’は第２金属バンプ４０の高さｈ３２’より大きくなっており（高さｈ３１’＞高さｈ３２’）、その差は段差１１ｃの高さＨ３と段差２１ｃの高さＨ４との合計（和）と略同一である（高さｈ３１’−高さｈ３２’≒高さＨ３＋高さＨ４）。
【００６８】
また、第１接続面１１の第１領域１１ａと第２接続面２１の第３領域２１ａとの間には第１間隙Ｇ３１が形成され、第１接続面１１の第２領域１１ｂと第２接続面２１の第４領域２１ｂとの間には第２間隙Ｇ３２が形成されている。第１金属バンプ３０の高さｈ３１’は第１間隙Ｇ３１の高さ３１に比例し、第２金属バンプ４０の高さｈ３２’は第２間隙Ｇ３２の高さｇ３２に比例している。
【００６９】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に係る電子回路１００の接続方法によれば、第１金属バンプ３０と第２金属バンプ４０とが、第１接続面１１の段差１１ｃの高さＨ１を補正するように、異なる高さを有する。これにより、段差１１ｃの高さＨ１によって発生し得る、接合面における接合力等の接合条件の差異を低減することができる。従って、良好な電気特性を有する均質な接合を実現することができ、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
また、本発明の一実施形態に係る電子回路１００によれば、第１金属バンプ３０と第２金属バンプ４０とが、第１接続面１１の段差１１ｃの高さＨ１を補正するように、異なる高さを有する。これにより、段差１１ｃの高さＨ１によって発生し得る、接合面における接合力等の接合条件の差異を低減することができる。従って、良好な電気特性を有する均質な接合を実現することができ、電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００７１】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…回路基板、１１…第１接続面、１１ａ…第１領域、１１ｂ…第２領域、１１ｃ…段差、１２…第１電極パッド、１３…第２電極パッド、２０，２０Ａ，２０Ｂ…半導体デバイス、２１…第２接続面、２１ａ…第３領域、２１ｂ…第４領域、２１ｃ…段差、２２…第３電極パッド、２３…第４電極パッド、３０…第１金属バンプ、４０…第２金属バンプ、１００，１００Ａ，１００Ｂ…電子回路、ＡＰ１，ＡＰ２…開口ｄ１、ｄ２…直径、Ｇ１１，Ｇ２１，Ｇ３１…第１間隙、Ｇ１２，Ｇ２２，Ｇ３２…第２間隙、ＨＯ１…第１穴、ＨＯ２…第１穴、ＰＲ…フォトレジスト膜、ＳＬ…堆積層、ＳＮ…噴射ノズル、ＳＴ…ステージ装置。
【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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【国際調査報告】
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