回路基板、電子機器及びそれらの製造方法
【課題】カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品を、回路基板上に押圧して着脱自在に低接触抵抗で搭載する構造体を提供する。
【解決手段】回路基板１上に設けられ、カーボンナノチューブ２３の先端が接触して第１の電極２１と電気的に接続する第２の電極１１を有する回路基板１であって、第２の電極１１は、回路基板１上面に設けられた電極パッド１２と、電極パッド１２上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起１３とを有する。カーボンナノチューブ２３の弾性限界内の低い押圧でも、カーボンナノチューブ２３が突起と側面で線状に接触するので接触抵抗が低い。また、カーボンナノチューブ２３の塑性変形がないので再度の接続が可能となる。
【解決手段】回路基板１上に設けられ、カーボンナノチューブ２３の先端が接触して第１の電極２１と電気的に接続する第２の電極１１を有する回路基板１であって、第２の電極１１は、回路基板１上面に設けられた電極パッド１２と、電極パッド１２上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起１３とを有する。カーボンナノチューブ２３の弾性限界内の低い押圧でも、カーボンナノチューブ２３が突起と側面で線状に接触するので接触抵抗が低い。また、カーボンナノチューブ２３の塑性変形がないので再度の接続が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板、その回路基板を用いた電子機器及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品をカーボンナノチューブを介して回路基板に搭載する電子機器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５は従来の電子機器断面図であり、カーボンナノチューブが植設された第１の電極を有する電子部品を、回路基板上にフエイスダウン接続する電子機器の主要部を表している。
【０００４】
図５を参照して、この従来の電子機器２００では、電子部品２の本体２０、例えば半導体チップの主面（図５中の下面）に、下方にほぼ垂直に伸びる一群のカーボンナノチューブ２３が形成された電極パッド２２からなるフエイスダウン接続用の第１の電極２１が設けられている。
【０００５】
他方、従来の回路基板２１０は、多層配線基板からなり、その上面に多層配線基板内の配線に接続された第２の電極２１１が、第１の電極２１に対向する位置に設けられている。電子部品２は、第１の電極２１が第２の電極２１１に対向するように従来の回路基板２１０上に位置決めされ、次いで、第１の電極２１の電極パッド２２に植設されたカーボンナノチューブ２３の先端を第２の電極２１１に接触させた状態で、電子部品２は回路基板２１１上へ押圧して搭載される。
【０００６】
この電子機器２００では、第１電極２１と第２電極２１１とが、カーボンナノチューブを介して押圧されて接触することで電気的に接続される。従って、押圧を解除すると第２電極２１１とカーボンナノチューブ２３は分離するので、従来の回路基板２１０から電子部品２を容易に除去することができる。即ち、この電子部品２は従来の回路基板２１０上に着脱自在に搭載される。このため、電子部品２の交換による電子機器２００の修理又は改良が容易である。また、第１及び第２の電極２１、２１１間は可撓性の大きなカーボンナノチューブで接続されるので、電子部品と回路基板の電極間をはんだバンプで固定する通常のフエイスダウンボンディングに比べて接続部の応力による層間絶縁膜の破壊が少なく、信頼性の高い接続が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１１７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
１本のカーボンナノチューブに流すことができる電流密度は、従来のバンプに用いられる金属材料に比べて２〜３桁ほど高い。このため、上述したカーボンナノチューブを用いて接続する従来の電子機器では、低い接触抵抗を有する接続が期待できる。
【０００９】
しかし、本発明の発明者は、実験により、カーボンナノチューブを介して接続するフエイスダウン実装において、低い接触抵抗を実現することが難しい場合があることを見いだした。本発明の発明者は、この実験結果に基づき、低い接触抵抗が実現されない理由を以下のように考察する。
【００１０】
図６は従来の電極の接続部分の拡大断面図であり、カーボンナノチューブ２３の先端が従来の回路基板２１０上面に設けられた第２の電極２１１の表面に接触した状態を表している。なお、現実の第２の電極２１１の表面は、微視的に見ればミクロンレベルの凹凸を有する。しかし、その凹凸はカーボンナノチューブの径に比べて十分大きいため、概念的に平坦面として扱うことができるので、以下では平坦面として説明する。
【００１１】
カーボンナノチューブ２３は、通常、触媒を用いたＣＶＤ法により製造される。しかし、ＣＶＤ法により製造されるカーボンナノチューブでは、数％〜１０％程度の長さのばらつきが発生する。従って、図６を参照して、平坦な第２の電極２１１の表面に先端が当接するカーボンナノチューブ２３は全体の一部の少数に過ぎず、多数のカーボンナノチューブ２３は先端が第２の電極２１１に到達することなく第２の電極２１１上方で途絶えてしまう。このように、第２の電極２１１に接触して電気的接続に寄与するカーボンナノチューブ２３の割合が少ないため、期待されるような低い接触抵抗が実現されない。
【００１２】
また、第２の電極２１１表面が平坦なため、以下に述べるように、カーボンナノチューブ２３の先端が第２の電極２１１に接触する面積が極めて小さい。そのため、接触抵抗が高くなる。
【００１３】
図７は従来の電極とカーボンナノチューブの接触を説明する図（１）であり、第２の電極２１１と接触するカーボンナノチューブ２３（ＣＮＴ）を表している。
【００１４】
図７を参照して、第１の電極２１の電極パッド２２の下面からほぼ垂直に垂下するカーボンナノチューブ２３は、第２の電極２１１の上面にほぼ垂直に垂下され、その先端が第２の電極２１１に当接して電気的に接触する。カーボンナノチューブ２３の先端は、例えばドーム状をなすので、平坦な第２の電極２１１と点接触をする。また、図７に示すように、先端が欠損して先端が円筒形に開放されている場合は、円筒先端の開放端をなす円周の一点で点接触する。このように、カーボンナノチューブ２３の先端と平坦な第２の電極２１１とは点接触による僅かな接触面積を介して電気的接続がなされる。このため、カーボンナノチューブ２３の許容電流密度から期待されるような低い接触抵抗が実現されない。
【００１５】
かかるカーボンナノチューブ２３の長さの不揃い及び点接触に起因する接触抵抗の増大を抑制するために、従来は電子部品２を従来の回路基板２１０上に押圧して実装していた。
【００１６】
押圧して実装すると、押圧前に第２の電極２１１上に当接していたカーボンナノチューブ２３は押圧されて撓み、押圧前には接触していなかった短いカーボンナノチューブ２３も第２の電極２３に接触するようになる。このため、電気的接触に寄与するカーボンナノチューブ２３の本数が増加し、接触抵抗が低下する。
【００１７】
さらに、以下に説明するように、カーボンナノチューブ２３と第２の電極２１１との接触面積が増加し、接触抵抗が低下する。
【００１８】
図８は従来の電極とカーボンナノチューブの接触を説明する図（２）であり、押圧下のカーボンナノチューブの先端形状を表している。
【００１９】
図８を参照して、カーボンナノチューブ２３の先端が平坦な第２の電極２１１に当接した後、さらにカーボンナノチューブ２３を押圧すると、カーボンナノチューブ２３は全体が撓むと同時に、第２の電極２１１に当接する先端が屈曲してその先端部分が第２の電極２１１上面に延在するように変形する。その結果、カーボンナノチューブ２３の先端は、第２の電極２１１と例えば側面で線状に接触して接触面を増することとなる。このため、点接触に比べて接触面積が増加し、接触抵抗が低くなる。
【００２０】
実験によると、カーボンナノチューブ２３を押圧して５０％以上撓ませた場合、第１の電極２１と第２の電極２１１との接触抵抗は、撓みが２０％の押圧の場合の１／１０以下になる。従って、従来の回路基板２１０上への電子部品２の搭載において十分に接触抵抗を低くするには、５０％以上撓ませるだけの押圧が必要であった。
【００２１】
なお、本明細書では、撓みを（Ｌo −Ｌ）／Ｌｏと定義している。ここで、Ｌｏは、最長に近い長さを有する一群のカーボンナノチューブ２３の先端が第２の電極２１１表面に接触して一応の電気的接触がなされたとき、例えば電子部品２が従来の回路基板２１０上に載置されその電子部品２上に熱拡散板が載置されたときの、第１の電極２１を構成する電極パッド２２と第２の電極２１１間の距離Ｌo であり、Ｌは、押圧により短縮した後の電極パッド２２と第２の電極２１１間の距離Ｌである。
【００２２】
例えば、５層程度のマルチウオールで5nm 〜10nmφのカーボンナノチューブ２３の弾性限界は撓み２０％〜３０％程度の範囲にあり、この弾性限界を超えて押圧すると、カーボンナノチューブは塑性変形して形状回復が不能になる。一旦このようなカーボンナノチューブの塑性変形が生じた電子部品２を、再び従来の回路基板２１０上に搭載しても信頼性ある電子機器を製造することは難しい。言い換えれば、カーボンナノチューブが搭載時に塑性変形するのでは信頼性ある着脱自在の接続は実現されない。
【００２３】
このように、平坦な第２の電極２１１を有する従来の回路基板２１０では、カーボンナノチューブの撓みが弾性限界内に留まる押圧、例えば撓みが２０％〜３０％以下の押圧としたのでは、十分に低い接触抵抗は得られない。一方、カーボンナノチューブの撓みが塑性変形を起こす押圧、例えば撓みが５０％以上の押圧としたのでは、着脱自在の接続を実現することができないという問題がある。
【００２４】
本発明は、カーボンナノチューブが植設された第１の電極を有する電子部品を、第２の電極を有する回路基板上に、第１及び第２の電極を着脱自在にかつ低接触抵抗で接続することができる回路基板およびかかる回路基板を用いた電子機器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】
【００２５】
上述の課題を解決するために、本発明の回路基板は、カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品を上面に押圧して前記電子部品を着脱自在に搭載する回路基板において、前記回路基板上に設けられ、前記カーボンナノチューブの先端が接触して前記第１の電極と電気的に接続する第２の電極を有し、前記第２の電極は、前記回路基板上面に設けられた電極パッドと、前記電極パッド上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起とを有することを特徴として構成する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、回路基板の第２の電極上面に剣山状に導電性の錐体状突起が形成されている。錐体状突起の間に挿入されたカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブの先端側面が錐体状突起の錐面に線接触する。また、複数本のカーボンナノチューブの先端が錐体上突起の間に挿入され、互いに押し合う。このため、カーボンナノチューブが互いに側面で接触し相互に導通するので、短いカーボンナノチューブも電気的接続に寄与する。
【００２７】
このように、本発明によると、線接触で接触面積が広く、かつ、短いカーボンナノチューブも電気的接続に寄与するから、押圧をカーボンナノチューブの弾性限界内に留めて着脱自在な接触を行っても、低い接触抵抗の接続を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態の電子機器断面図
【図２】本発明の実施形態の電子機器の電極近傍の拡大断面図
【図３】本発明の実施形態の電子機器の電極表面を表す図
【図４】本発明の実施形態の接続部分の拡大断面図
【図５】従来の電子機器断面図
【図６】従来の電極の接続部分拡大断面図
【図７】従来の電極とカーボンナノチューブの接触を説明する図（１）
【図８】従来の電極とカーボンナノチューブの接触を説明する図（２）
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明を、複数の半導体チップを回路基板上面にフエイスダウンで搭載した電子機器に関する実施形態を参照しつつ説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施形態の電子機器断面図であり、図１（ａ）は搭載前の各部品の位置関係を、図１（ｂ）は搭載後の電子機器１００を表している。
【００３１】
図１を参照して、本実施形態の電子機器１００は、電子部品２としてフエイスダウン接続用の第１の電極２１が設けられた半導体チップ２０を用い、その電子部品２が回路基板１の上面にフエイスダウン接続により搭載されている。
【００３２】
第１の電極２１は、電子部品２の下面（半導体チップ２０の主面）に形成され、電子部品２の下面に設けられた電極パッド２２と、その電極パッド２２の下面にほぼ垂直に延在するように植設されたカーボンナノチューブ２３とから構成されている。
【００３３】
かかる第１の電極２１は、周知のカーボンナノチューブの製造方法、例えば以下に述べるＣＶＤ法（化学気相堆積法）により製造することができる。
【００３４】
導電性金属電極、例えばＡｌ電極の表面に、Ｔｉ膜を介して触媒金属膜、例えばＮｉ膜で被覆された電極パッド２２を形成する。次いで、電極パッド２２下面に垂直な電界を印加し、温度４００℃〜７００℃で原料ガスを流入する。その結果、電極パッド２２にほぼ垂直方向に伸びるカーボンナノチューブ２３が成長する。これにより、電極パッド２２にカーボンナノチューブ２３が植設された第１の電極が形成される。原料ガスとして、例えば、アセチレン、メタン等の炭化水素ガス、あるいは、エタノール、メタノール等のアルコール系材料を用いることができる。
【００３５】
本実施形態では、直径約１０ｎｍ、平均長約１００μｍのカーボンナノチューブ２３を成長した。このとき、隣接するカーボンナノチューブ２３間の平均間隔は約５０ｎｍであった。カーボンナノチューブ２３の長さは、成長時間により制御することができる。なお、カーボンナノチューブ２３の長さは、標準偏差で５〜１０％のばらつきがあった。よく知られているように、カーボンナノチューブ２３の直径及び平均間隔は、触媒金属膜、成長温度等の成長条件により制御することがてきる。
【００３６】
回路基板１は、例えば多層配線基板からなり、上面に多層配線と接続する複数の第２の電極１１が形成されている。この第２の電極１１は、実装される電子部品２の第１の電極２１に対応する位置に配置されている。また、回路基板１の上面両端に、ヒンジ４ｂにより開閉可能に支持される鉤４ａを含む押し付け機構４が設けられている。
【００３７】
図１（ａ）を参照して、電子機器１００の組立は、まず、押し付け機構４の鉤４ａを回路基板１の外側に開いた状態で、電子部品２を回路基板１上に、第２の電極１１の直上に第１の電極２１が対向するように位置決めして、即ちカーボンナノチューブ２３の先端が第２の電極１１上面に当接する位置に位置決めして、載置する。次いで、電子部品2 の背面（図１中の上側の面）に熱拡散板３を載置する。
【００３８】
次いで、図１（ｂ）を参照して、熱拡散板３の上面に押し付け機構４の鉤４ａを掛け、押し付け機構４により熱拡散板３を回路基板１の方向に押圧する。これにより、電子部品２は回路基板１上に押圧されて固定され、電子機器１００として組み立てられる。このとき、第１の電極２１の電極パッド２２と第２の電極１１は、互いに対向して配置され、その間の電気的接続はカーボンナノチューブ２３を介してなされる。
【００３９】
なお、押圧は、カーボンナノチューブ２３が塑性変形を起こさない範囲、例えば押圧により生ずるカーボンナノチューブ２３の撓みが３０％以下が好ましく、２０％以下の圧力がより好ましい。他方、押圧は、接触抵抗を低くする観点からは高いことが望ましい。とくに、カーボンナノチューブ２３の長さの標準偏差以上の撓みを付与することが、カーボンナノチューブ２３の長さのばらつきに起因して生ずる接触抵抗の増加を抑制するという観点から好ましい。この観点から、押圧は、カーボンナノチューブ２３に１０％以上の撓みを付与する圧力が好ましく、２０％以上の撓みを付与する圧力がより好ましい。
【００４０】
以下、上述した本発明の実施形態にかかる回路基板１の第２の電極１１について詳細に説明する。
【００４１】
図２は本発明の実施形態の電子機器の電極近傍の拡大断面図であり、第２の電極１１の表面形状を模式的に表している。なお、図２中のカーボンナノチューブ２３は、第２の電極１１上面に対向して配置された第１の電極２１から垂下するカーボンナノチューブ２３を表している。図３は本発明の実施形態の電子機器の電極表面を表す図であり、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察された第２の電極の表面形状を表している。
【００４２】
図２を参照して、第２の電極１１は、回路基板１の上面に形成され、回路基板１の多層配線に接続する電極パッド１２と、電極パッド１２の上面に形成された突起１３とを有する。
【００４３】
突起１３は、上端より下端方向に太くなる錐体状の形状を有し、電極パッド１２上面を剣山状に密生して被覆するように形成される。かかる錐体状の突起１３は、例えば、以下のような条件下の電解めっきにより形成することができる。
【００４４】
銅又は銅合金からなる電極パッド１２の上面に、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）の電解液に、緩衝剤としてほう酸（Ｈ3 ＢＯ3 ）を加え、さらに結晶制御剤としてエチレンジアミンジハイドロクロライド（ＥＤＡ）を加えためっき液を用いて、電解めっきによりニッケルめっきを施す。その結果、電極パッド１２の上面に、図３に図示するような錐体状の突起１３が剣山状に密生したニッケルめっき層が形成される。
【００４５】
なお、上記の電解めっき工程前に、電極パッド１２表面を１０％濃度の塩酸で数十秒間洗浄した後、純水でリンスする前処理を施した。
【００４６】
また、上記めっき液は、１Ｌの水に、２００ｇの塩化ニッケル、３５ｇのほう酸、２００ｇのエチレンジアミンジハイドロクロライドを溶解して調合した。さらに、このめっき液のＰＨを、１０％濃度の塩酸及び１０％濃度のアンモニア水を用いてＰＨ４となるように調整した。
【００４７】
上記の電解めっきは、めっき液の温度６０℃、電流密度１．０Ａ／ｄｍ2 〜２．０Ａ／ｄｍ2 の条件下で、１００秒間〜１０００秒間継続し、電極パッド１２上に錐体状の突起１３を形成した。これにより、表面に突起１３を有する第２の電極１１が作製された。この方法で形成された突起１３は、例えば平均高さが５００ｎｍ、隣接する突起間の平均間隔（即ち突起１３の下端の平均直径）が１５０ｎｍであった。なお、突起１３の高さ及び下端の直径は、エチレンジアミンジハイドロクロライドの濃度、めっき液の温度、電流密度及びめっき時間により制御することができる。
【００４８】
突起１３の形成後、突起１３が形成された第２の電極１１の上面に、蒸着により例えば厚さ１０ｎｍの金層を形成した。この金層は、カーボンナノチューブ２３との接触抵抗を低下すると同時に、ニッケルめっき層からなる突起１３の腐食を抑制する。
【００４９】
次に、本発明の第２の電極１１とカーボンナノチューブ２３との電気的接続について説明する。
【００５０】
図２を参照して、第２の電極１１の上面に上方から垂下する一群のカーボンナノチューブ２３を押し当てると、錐体状突起１３の先端（上端）が一群のカーボンナノチューブ２３の中に分け入り、カーボンナノチューブ２３の先端を突起１３の外側に押しやる。押しやられたカーボンナノチューブ２３の先端は、突起１３の側面を滑落して下方に移動する。その結果、カーボンナノチューブ２３の先端は、突起１３の間、即ち複数の隣接する錐体状の突起１３が形成する底が狭窄する窪み（図４に示す窪み１３ａ− 1〜１３ａ−３）の中に差し込まれるように挿入される。
【００５１】
図４は本発明の実施形態の接続部分拡大断面図であり、第２の電極１１の上面に押圧されたカーボンナノチューブ２３が第２の電極１１と接続する様子を模式的に表している。
【００５２】
図４を参照して、一群のカーボンナノチューブ２３−１〜２３−８が第２の電極１１の上面に押圧されている。このとき、カーボンナノチューブ２３相互の平均間隔は５０ｎｍであり、突起１３相互の平均間隔（突起１３の中心間の平均距離）は１５０ｎｍであるから、多くの場合、錐体状の突起１３が形成する窪み１３ａ−１〜１３ａ−３のそれぞれの窪みの中に複数のカーボンナノチューブ２３が挿入される。
【００５３】
カーボンナノチューブ２３のうちの１本の長いカーボンナノチューブ２３−３は、窪み１３ａ−１の中に、先端を窪み１３ａ−１の底に当接させて挿入されている。この長いカーボンナノチューブ２３−３は押圧により屈曲して撓み、その先端部分の側面を円錐状の突起１３の錐面（即ち側面）に線状に接触させている。
【００５４】
カーボンナノチューブ２３−３より短く、先端が窪み１３ａ−１の底に到達しない２本のカーボンナノチューブ２３− 1、２３−２は、同じ窪み１３ａ−１に挿入されて撓んだカーボンナノチューブ２３−３により、突起１３の側面方向に押し付けられている。その結果、カーボンナノチューブ２３−１は、カーボンナノチューブ２３−２を挟んで、カーボンナノチューブ２３−３により突起１３の側面に押圧される。従って、３本のカーボンナノチューブ２３−１〜２３−３は互いに側面を線状に接触させて電気的に接続される。また、カーボンナノチューブ２３−１及びカーボンナノチューブ２３−３は突起１３と線状に接触する。
【００５５】
上述したように、長いカーボンナノチューブ２３−３は、その先端が窪み１３ａ−１の底に当接して屈曲し、その先端側面で線状に突起１３の側面に接触する。また、短いカーボンナノチューブ２３−１は、撓みにより屈曲したカーボンナノチューブ２３−３により短いカーボンナノチューブ２３−２を介して突起１３の側面に押し付けられ、突起１３の側面と線状に接触する。さらに、突起１３の側面に直接接しない短いカーボンナノチューブ２３−２は、これを挟む２本のカーボンナノチューブ２３−１、３２−３と互いに側面で線状に接触する。
【００５６】
即ち、窪み１３ａ−１に挿入された３本のカーボンナノチューブ２３−１〜２３−３は全て、互いに線接触により電気的に接続される。さらに、突起１３に接するカーボンナノチューブ２３−１，２３−３はその側面で突起１３と線状に接触して電気的に接続される。
【００５７】
このように、短いカーボンナノチューブ２３−１も、長いカーボンナノチューブ２３−２と同様に突起１３の側面と線接触して電気的接触がなされる。また、直接突起１３に触れない短いカーボンナノチューブ２３−２は、互いに側面で線接触するカーボンナノチューブ２３−１、２３−３を介して突起１３と電気的に接触する。従って、従来の回路基板２１０では第２の電極２１１に到達しない又は先端のみが当接するような短いカーボンナノチューブ２３−１、２３−２が、本実施形態では電気的接続に寄与する。また、カーボンナノチューブ２３−１〜２３−３及び突起１３との接触は線接触でなされるため、従来の第２の電極にカーボンナノチューブ２３の組成変形を生じさせる押圧を印加したときと同様の低い接触抵抗が、カーボンナノチューブ２３の弾性変形内の押圧で実現される。
【００５８】
カーボンナノチューブ２３−４、２３−５は短く、窪み１３ａ−２の底まで到達していない。しかし、それらの先端は錐体状の突起１３に押しやられ、突起１３の側面を滑落して移動した結果、先端の側面は突起１３の側面に延在して線状に接触している。
【００５９】
かかる短いカーボンナノチューブ２３−４、２３−５は、撓みが弾性変形内の押圧の場合、表面が平坦な従来の第２の電極では点接触乃至非接触となり、低抵抗の接続を実現することができなかった。本実施形態の第２の電極１１は、このようなカーボンナノチューブ２３−４、２３−５でも線接触して電気的接続に寄与するので、低い接触抵抗が実現される。
【００６０】
窪み１３ａ−３には、３本の長いカーボンナノチューブ２３−６〜２３−８が挿入されている。カーボンナノチューブ２３−６は、その先端が突起１３の側面を滑落して窪み１３ａ−３の底に当接する。そして、押圧により弾性変形して、カーボンナノチューブ２３−６の側面を突起１３の側面に線状に接触するように撓む。また、カーボンナノチューブ２３−８は、窪み１３ａ−３の底近くまで挿入され、先端を窪み１３ａ−３の底まで挿入されたカーボンナノチューブ２３−６に当接して撓み、その側面を突起１３の側面に線状に接触させている。さらに、カーボンナノチューブ２３−７は、先端がカーボンナノチューブ２３−６の側面に当接して弾性変形して撓み、側面をカーボンナノチューブ２−８の側面に線接触させて密着している。
【００６１】
このように、１個の窪み１３ａ−３に複数のカーボンナノチューブに２３−６〜２３−８が挿入されてたがいに押し合うことにより、カーボンナノチューブ２３−６〜２３−８は、相互に又は突起１３と線接触する。従って、低い接触抵抗が実現される。
【００６２】
上述したように、本発明の回路基板１では、カーボンナノチューブ２３を押下する際、剣山状に形成された錐体状の突起１３が、一群のカーボンナノチューブ２３の中に下方から分け入るように挿入される。そして、突起１３により囲まれて形成される窪み１３ａ−１〜１３ａ−３の中に複数のカーボンナノチューブ２３が挿入される。なお、カーボンナノチューブ２３の押下は、カーボンナノチューブ２３の弾性限界内でなされる。
【００６３】
このとき、カーボンナノチューブ２３の先端は突起１３の側面を滑落し、カーボンナノチューブ２３の先端付近のカーボンナノチューブ側面が突起１３の側面に線状に接触する。また、窪み１３ａ−１〜１３ａ−３は、底が狭窄しているため、窪み１３ａ−１〜１３ａ−３に挿入された複数本のカーボンナノチューブ２３は、互いに押し合い、互いに又は突起１３の側面とチューブ側面で線状に接触する。このため、突起１３の底に到達しない短いカーボンナノチューブ２３−１、２３−２、２３−４、２３−５も、互いに又は突起１３と線状に接触して電気的接続に寄与する。このように、カーボンナノチューブ２３の弾性限界内の低い押圧によっても、電気的接続は線状の接触によりなされ、かつ，多くのカーボンナノチューブ２３が電気的接続に寄与するため、低い接触抵抗が実現される。
【００６４】
本発明の突起１３は、底部が太くなり、側面が傾斜面となる形状（本明細書では「錐体状」という。）を有し、例えは円錐体、角錐体、円錐台及び角錐台等の錐体及び錐台を含む形状に形成される。なお、突起１３の側面は傾斜面であればよく、錐面の他、錐線が湾曲するもの、例えば垂線が突起１３の中心軸方向に凹に湾曲するものが含まれる。
【００６５】
このような錐体状突起１３とすることで、上方から押下されたカーボンナノチューブ２３の先端を突起の側面を摺動して滑落させ、カーボンナノチューブ２３の側面と突起１３の側面とを線状に接触させることができる。また、窪み１３ａ−１〜１３ａ−３の底（下方）を狭窄させて、窪み１３ａ−１〜１３ａ−３の中に挿入された複数のカーボンナノチューブ２３を互いに押し合うように接触させることができる。
【００６６】
他方、多数のカーボンナノチューブ２３を突起１３に線接触させて接触抵抗を低くするという観点からは、一つの窪みに挿入されるカーボンナノチューブ２３を少なくして突起１３に直接接触しないカーボンナノチューブ２３が少なくなるように、突起１３の平均間隔を小さくすることが好ましく、例えばカーボンナノチューブ２３の平均間隔の１０倍以下とすることが好ましい。
【００６７】
突起１３の底面の直径、即ち隣接する突起１３の中心軸間の平均間隔は、１個の窪み１３の中に複数のカーボンナノチューブ２３を挿入するという観点から、カーボンナノチューブ２３の平均間隔の２倍以上とすることが好ましい。
【００６８】
突起１３の上端は、曲率が小さな例えば尖塔状とすることが、押下の際にカーボンナノチューブ２３の先端が滑らかに突起１３側面に押し出されるという観点から好ましい。この観点から、突起１３先端の曲率半径は、カーボンナノチューブ２３の直径（半径の２倍）より小さいことが好ましい。ここで突起１３先端の曲率半径は、突起１３先端が平坦面からなる場合は、その平坦面の半径を含むものとする。
【００６９】
突起１３の高さはとくに制限されないが、少なくともカーボンナノチューブ２３の先端が突起１３側面を容易に滑落する傾斜（例えば傾斜角６０度）を有する程度の高さとすることが好ましい。
【００７０】
本発明の実施形態では、突起１３を電解めっきにより形成したが、これに限らず突起を他の方法により形成しても差し支えない。例えば、無電解めっきあるいはエッチングにより形成してもよい。また、材料もニッケル以外の導電体を用いることもできる。
【００７１】
また、本発明の回路基板は、多層配線基板に限られず、その他の配線基板、例えばシリコン基板を用いた配線基板、集積回路が形成された半導体チップであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明を集積回路を多層配線基板上にフエイスダウン実装する電子機器に適用することで、着脱自在かつ低接触抵抗の接続を実現することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１、２０１ 回路基板
２ 電子部品
２０ 本体（半導体チップ）
３ 熱拡散板
４ 押し付け機構
１１、２１１ 第２の電極
１２、２２ 電極パッド
１３ 突起
１３ａ−１〜１３ａ−３ 窪み
２１ 第１の電極
２３ カーボンナノチューブ
１００、２００ 電子機器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板、その回路基板を用いた電子機器及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品をカーボンナノチューブを介して回路基板に搭載する電子機器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５は従来の電子機器断面図であり、カーボンナノチューブが植設された第１の電極を有する電子部品を、回路基板上にフエイスダウン接続する電子機器の主要部を表している。
【０００４】
図５を参照して、この従来の電子機器２００では、電子部品２の本体２０、例えば半導体チップの主面（図５中の下面）に、下方にほぼ垂直に伸びる一群のカーボンナノチューブ２３が形成された電極パッド２２からなるフエイスダウン接続用の第１の電極２１が設けられている。
【０００５】
他方、従来の回路基板２１０は、多層配線基板からなり、その上面に多層配線基板内の配線に接続された第２の電極２１１が、第１の電極２１に対向する位置に設けられている。電子部品２は、第１の電極２１が第２の電極２１１に対向するように従来の回路基板２１０上に位置決めされ、次いで、第１の電極２１の電極パッド２２に植設されたカーボンナノチューブ２３の先端を第２の電極２１１に接触させた状態で、電子部品２は回路基板２１１上へ押圧して搭載される。
【０００６】
この電子機器２００では、第１電極２１と第２電極２１１とが、カーボンナノチューブを介して押圧されて接触することで電気的に接続される。従って、押圧を解除すると第２電極２１１とカーボンナノチューブ２３は分離するので、従来の回路基板２１０から電子部品２を容易に除去することができる。即ち、この電子部品２は従来の回路基板２１０上に着脱自在に搭載される。このため、電子部品２の交換による電子機器２００の修理又は改良が容易である。また、第１及び第２の電極２１、２１１間は可撓性の大きなカーボンナノチューブで接続されるので、電子部品と回路基板の電極間をはんだバンプで固定する通常のフエイスダウンボンディングに比べて接続部の応力による層間絶縁膜の破壊が少なく、信頼性の高い接続が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１１７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
１本のカーボンナノチューブに流すことができる電流密度は、従来のバンプに用いられる金属材料に比べて２〜３桁ほど高い。このため、上述したカーボンナノチューブを用いて接続する従来の電子機器では、低い接触抵抗を有する接続が期待できる。
【０００９】
しかし、本発明の発明者は、実験により、カーボンナノチューブを介して接続するフエイスダウン実装において、低い接触抵抗を実現することが難しい場合があることを見いだした。本発明の発明者は、この実験結果に基づき、低い接触抵抗が実現されない理由を以下のように考察する。
【００１０】
図６は従来の電極の接続部分の拡大断面図であり、カーボンナノチューブ２３の先端が従来の回路基板２１０上面に設けられた第２の電極２１１の表面に接触した状態を表している。なお、現実の第２の電極２１１の表面は、微視的に見ればミクロンレベルの凹凸を有する。しかし、その凹凸はカーボンナノチューブの径に比べて十分大きいため、概念的に平坦面として扱うことができるので、以下では平坦面として説明する。
【００１１】
カーボンナノチューブ２３は、通常、触媒を用いたＣＶＤ法により製造される。しかし、ＣＶＤ法により製造されるカーボンナノチューブでは、数％〜１０％程度の長さのばらつきが発生する。従って、図６を参照して、平坦な第２の電極２１１の表面に先端が当接するカーボンナノチューブ２３は全体の一部の少数に過ぎず、多数のカーボンナノチューブ２３は先端が第２の電極２１１に到達することなく第２の電極２１１上方で途絶えてしまう。このように、第２の電極２１１に接触して電気的接続に寄与するカーボンナノチューブ２３の割合が少ないため、期待されるような低い接触抵抗が実現されない。
【００１２】
また、第２の電極２１１表面が平坦なため、以下に述べるように、カーボンナノチューブ２３の先端が第２の電極２１１に接触する面積が極めて小さい。そのため、接触抵抗が高くなる。
【００１３】
図７は従来の電極とカーボンナノチューブの接触を説明する図（１）であり、第２の電極２１１と接触するカーボンナノチューブ２３（ＣＮＴ）を表している。
【００１４】
図７を参照して、第１の電極２１の電極パッド２２の下面からほぼ垂直に垂下するカーボンナノチューブ２３は、第２の電極２１１の上面にほぼ垂直に垂下され、その先端が第２の電極２１１に当接して電気的に接触する。カーボンナノチューブ２３の先端は、例えばドーム状をなすので、平坦な第２の電極２１１と点接触をする。また、図７に示すように、先端が欠損して先端が円筒形に開放されている場合は、円筒先端の開放端をなす円周の一点で点接触する。このように、カーボンナノチューブ２３の先端と平坦な第２の電極２１１とは点接触による僅かな接触面積を介して電気的接続がなされる。このため、カーボンナノチューブ２３の許容電流密度から期待されるような低い接触抵抗が実現されない。
【００１５】
かかるカーボンナノチューブ２３の長さの不揃い及び点接触に起因する接触抵抗の増大を抑制するために、従来は電子部品２を従来の回路基板２１０上に押圧して実装していた。
【００１６】
押圧して実装すると、押圧前に第２の電極２１１上に当接していたカーボンナノチューブ２３は押圧されて撓み、押圧前には接触していなかった短いカーボンナノチューブ２３も第２の電極２３に接触するようになる。このため、電気的接触に寄与するカーボンナノチューブ２３の本数が増加し、接触抵抗が低下する。
【００１７】
さらに、以下に説明するように、カーボンナノチューブ２３と第２の電極２１１との接触面積が増加し、接触抵抗が低下する。
【００１８】
図８は従来の電極とカーボンナノチューブの接触を説明する図（２）であり、押圧下のカーボンナノチューブの先端形状を表している。
【００１９】
図８を参照して、カーボンナノチューブ２３の先端が平坦な第２の電極２１１に当接した後、さらにカーボンナノチューブ２３を押圧すると、カーボンナノチューブ２３は全体が撓むと同時に、第２の電極２１１に当接する先端が屈曲してその先端部分が第２の電極２１１上面に延在するように変形する。その結果、カーボンナノチューブ２３の先端は、第２の電極２１１と例えば側面で線状に接触して接触面を増することとなる。このため、点接触に比べて接触面積が増加し、接触抵抗が低くなる。
【００２０】
実験によると、カーボンナノチューブ２３を押圧して５０％以上撓ませた場合、第１の電極２１と第２の電極２１１との接触抵抗は、撓みが２０％の押圧の場合の１／１０以下になる。従って、従来の回路基板２１０上への電子部品２の搭載において十分に接触抵抗を低くするには、５０％以上撓ませるだけの押圧が必要であった。
【００２１】
なお、本明細書では、撓みを（Ｌo −Ｌ）／Ｌｏと定義している。ここで、Ｌｏは、最長に近い長さを有する一群のカーボンナノチューブ２３の先端が第２の電極２１１表面に接触して一応の電気的接触がなされたとき、例えば電子部品２が従来の回路基板２１０上に載置されその電子部品２上に熱拡散板が載置されたときの、第１の電極２１を構成する電極パッド２２と第２の電極２１１間の距離Ｌo であり、Ｌは、押圧により短縮した後の電極パッド２２と第２の電極２１１間の距離Ｌである。
【００２２】
例えば、５層程度のマルチウオールで5nm 〜10nmφのカーボンナノチューブ２３の弾性限界は撓み２０％〜３０％程度の範囲にあり、この弾性限界を超えて押圧すると、カーボンナノチューブは塑性変形して形状回復が不能になる。一旦このようなカーボンナノチューブの塑性変形が生じた電子部品２を、再び従来の回路基板２１０上に搭載しても信頼性ある電子機器を製造することは難しい。言い換えれば、カーボンナノチューブが搭載時に塑性変形するのでは信頼性ある着脱自在の接続は実現されない。
【００２３】
このように、平坦な第２の電極２１１を有する従来の回路基板２１０では、カーボンナノチューブの撓みが弾性限界内に留まる押圧、例えば撓みが２０％〜３０％以下の押圧としたのでは、十分に低い接触抵抗は得られない。一方、カーボンナノチューブの撓みが塑性変形を起こす押圧、例えば撓みが５０％以上の押圧としたのでは、着脱自在の接続を実現することができないという問題がある。
【００２４】
本発明は、カーボンナノチューブが植設された第１の電極を有する電子部品を、第２の電極を有する回路基板上に、第１及び第２の電極を着脱自在にかつ低接触抵抗で接続することができる回路基板およびかかる回路基板を用いた電子機器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】
【００２５】
上述の課題を解決するために、本発明の回路基板は、カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品を上面に押圧して前記電子部品を着脱自在に搭載する回路基板において、前記回路基板上に設けられ、前記カーボンナノチューブの先端が接触して前記第１の電極と電気的に接続する第２の電極を有し、前記第２の電極は、前記回路基板上面に設けられた電極パッドと、前記電極パッド上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起とを有することを特徴として構成する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、回路基板の第２の電極上面に剣山状に導電性の錐体状突起が形成されている。錐体状突起の間に挿入されたカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブの先端側面が錐体状突起の錐面に線接触する。また、複数本のカーボンナノチューブの先端が錐体上突起の間に挿入され、互いに押し合う。このため、カーボンナノチューブが互いに側面で接触し相互に導通するので、短いカーボンナノチューブも電気的接続に寄与する。
【００２７】
このように、本発明によると、線接触で接触面積が広く、かつ、短いカーボンナノチューブも電気的接続に寄与するから、押圧をカーボンナノチューブの弾性限界内に留めて着脱自在な接触を行っても、低い接触抵抗の接続を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態の電子機器断面図
【図２】本発明の実施形態の電子機器の電極近傍の拡大断面図
【図３】本発明の実施形態の電子機器の電極表面を表す図
【図４】本発明の実施形態の接続部分の拡大断面図
【図５】従来の電子機器断面図
【図６】従来の電極の接続部分拡大断面図
【図７】従来の電極とカーボンナノチューブの接触を説明する図（１）
【図８】従来の電極とカーボンナノチューブの接触を説明する図（２）
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明を、複数の半導体チップを回路基板上面にフエイスダウンで搭載した電子機器に関する実施形態を参照しつつ説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施形態の電子機器断面図であり、図１（ａ）は搭載前の各部品の位置関係を、図１（ｂ）は搭載後の電子機器１００を表している。
【００３１】
図１を参照して、本実施形態の電子機器１００は、電子部品２としてフエイスダウン接続用の第１の電極２１が設けられた半導体チップ２０を用い、その電子部品２が回路基板１の上面にフエイスダウン接続により搭載されている。
【００３２】
第１の電極２１は、電子部品２の下面（半導体チップ２０の主面）に形成され、電子部品２の下面に設けられた電極パッド２２と、その電極パッド２２の下面にほぼ垂直に延在するように植設されたカーボンナノチューブ２３とから構成されている。
【００３３】
かかる第１の電極２１は、周知のカーボンナノチューブの製造方法、例えば以下に述べるＣＶＤ法（化学気相堆積法）により製造することができる。
【００３４】
導電性金属電極、例えばＡｌ電極の表面に、Ｔｉ膜を介して触媒金属膜、例えばＮｉ膜で被覆された電極パッド２２を形成する。次いで、電極パッド２２下面に垂直な電界を印加し、温度４００℃〜７００℃で原料ガスを流入する。その結果、電極パッド２２にほぼ垂直方向に伸びるカーボンナノチューブ２３が成長する。これにより、電極パッド２２にカーボンナノチューブ２３が植設された第１の電極が形成される。原料ガスとして、例えば、アセチレン、メタン等の炭化水素ガス、あるいは、エタノール、メタノール等のアルコール系材料を用いることができる。
【００３５】
本実施形態では、直径約１０ｎｍ、平均長約１００μｍのカーボンナノチューブ２３を成長した。このとき、隣接するカーボンナノチューブ２３間の平均間隔は約５０ｎｍであった。カーボンナノチューブ２３の長さは、成長時間により制御することができる。なお、カーボンナノチューブ２３の長さは、標準偏差で５〜１０％のばらつきがあった。よく知られているように、カーボンナノチューブ２３の直径及び平均間隔は、触媒金属膜、成長温度等の成長条件により制御することがてきる。
【００３６】
回路基板１は、例えば多層配線基板からなり、上面に多層配線と接続する複数の第２の電極１１が形成されている。この第２の電極１１は、実装される電子部品２の第１の電極２１に対応する位置に配置されている。また、回路基板１の上面両端に、ヒンジ４ｂにより開閉可能に支持される鉤４ａを含む押し付け機構４が設けられている。
【００３７】
図１（ａ）を参照して、電子機器１００の組立は、まず、押し付け機構４の鉤４ａを回路基板１の外側に開いた状態で、電子部品２を回路基板１上に、第２の電極１１の直上に第１の電極２１が対向するように位置決めして、即ちカーボンナノチューブ２３の先端が第２の電極１１上面に当接する位置に位置決めして、載置する。次いで、電子部品2 の背面（図１中の上側の面）に熱拡散板３を載置する。
【００３８】
次いで、図１（ｂ）を参照して、熱拡散板３の上面に押し付け機構４の鉤４ａを掛け、押し付け機構４により熱拡散板３を回路基板１の方向に押圧する。これにより、電子部品２は回路基板１上に押圧されて固定され、電子機器１００として組み立てられる。このとき、第１の電極２１の電極パッド２２と第２の電極１１は、互いに対向して配置され、その間の電気的接続はカーボンナノチューブ２３を介してなされる。
【００３９】
なお、押圧は、カーボンナノチューブ２３が塑性変形を起こさない範囲、例えば押圧により生ずるカーボンナノチューブ２３の撓みが３０％以下が好ましく、２０％以下の圧力がより好ましい。他方、押圧は、接触抵抗を低くする観点からは高いことが望ましい。とくに、カーボンナノチューブ２３の長さの標準偏差以上の撓みを付与することが、カーボンナノチューブ２３の長さのばらつきに起因して生ずる接触抵抗の増加を抑制するという観点から好ましい。この観点から、押圧は、カーボンナノチューブ２３に１０％以上の撓みを付与する圧力が好ましく、２０％以上の撓みを付与する圧力がより好ましい。
【００４０】
以下、上述した本発明の実施形態にかかる回路基板１の第２の電極１１について詳細に説明する。
【００４１】
図２は本発明の実施形態の電子機器の電極近傍の拡大断面図であり、第２の電極１１の表面形状を模式的に表している。なお、図２中のカーボンナノチューブ２３は、第２の電極１１上面に対向して配置された第１の電極２１から垂下するカーボンナノチューブ２３を表している。図３は本発明の実施形態の電子機器の電極表面を表す図であり、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察された第２の電極の表面形状を表している。
【００４２】
図２を参照して、第２の電極１１は、回路基板１の上面に形成され、回路基板１の多層配線に接続する電極パッド１２と、電極パッド１２の上面に形成された突起１３とを有する。
【００４３】
突起１３は、上端より下端方向に太くなる錐体状の形状を有し、電極パッド１２上面を剣山状に密生して被覆するように形成される。かかる錐体状の突起１３は、例えば、以下のような条件下の電解めっきにより形成することができる。
【００４４】
銅又は銅合金からなる電極パッド１２の上面に、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）の電解液に、緩衝剤としてほう酸（Ｈ3 ＢＯ3 ）を加え、さらに結晶制御剤としてエチレンジアミンジハイドロクロライド（ＥＤＡ）を加えためっき液を用いて、電解めっきによりニッケルめっきを施す。その結果、電極パッド１２の上面に、図３に図示するような錐体状の突起１３が剣山状に密生したニッケルめっき層が形成される。
【００４５】
なお、上記の電解めっき工程前に、電極パッド１２表面を１０％濃度の塩酸で数十秒間洗浄した後、純水でリンスする前処理を施した。
【００４６】
また、上記めっき液は、１Ｌの水に、２００ｇの塩化ニッケル、３５ｇのほう酸、２００ｇのエチレンジアミンジハイドロクロライドを溶解して調合した。さらに、このめっき液のＰＨを、１０％濃度の塩酸及び１０％濃度のアンモニア水を用いてＰＨ４となるように調整した。
【００４７】
上記の電解めっきは、めっき液の温度６０℃、電流密度１．０Ａ／ｄｍ2 〜２．０Ａ／ｄｍ2 の条件下で、１００秒間〜１０００秒間継続し、電極パッド１２上に錐体状の突起１３を形成した。これにより、表面に突起１３を有する第２の電極１１が作製された。この方法で形成された突起１３は、例えば平均高さが５００ｎｍ、隣接する突起間の平均間隔（即ち突起１３の下端の平均直径）が１５０ｎｍであった。なお、突起１３の高さ及び下端の直径は、エチレンジアミンジハイドロクロライドの濃度、めっき液の温度、電流密度及びめっき時間により制御することができる。
【００４８】
突起１３の形成後、突起１３が形成された第２の電極１１の上面に、蒸着により例えば厚さ１０ｎｍの金層を形成した。この金層は、カーボンナノチューブ２３との接触抵抗を低下すると同時に、ニッケルめっき層からなる突起１３の腐食を抑制する。
【００４９】
次に、本発明の第２の電極１１とカーボンナノチューブ２３との電気的接続について説明する。
【００５０】
図２を参照して、第２の電極１１の上面に上方から垂下する一群のカーボンナノチューブ２３を押し当てると、錐体状突起１３の先端（上端）が一群のカーボンナノチューブ２３の中に分け入り、カーボンナノチューブ２３の先端を突起１３の外側に押しやる。押しやられたカーボンナノチューブ２３の先端は、突起１３の側面を滑落して下方に移動する。その結果、カーボンナノチューブ２３の先端は、突起１３の間、即ち複数の隣接する錐体状の突起１３が形成する底が狭窄する窪み（図４に示す窪み１３ａ− 1〜１３ａ−３）の中に差し込まれるように挿入される。
【００５１】
図４は本発明の実施形態の接続部分拡大断面図であり、第２の電極１１の上面に押圧されたカーボンナノチューブ２３が第２の電極１１と接続する様子を模式的に表している。
【００５２】
図４を参照して、一群のカーボンナノチューブ２３−１〜２３−８が第２の電極１１の上面に押圧されている。このとき、カーボンナノチューブ２３相互の平均間隔は５０ｎｍであり、突起１３相互の平均間隔（突起１３の中心間の平均距離）は１５０ｎｍであるから、多くの場合、錐体状の突起１３が形成する窪み１３ａ−１〜１３ａ−３のそれぞれの窪みの中に複数のカーボンナノチューブ２３が挿入される。
【００５３】
カーボンナノチューブ２３のうちの１本の長いカーボンナノチューブ２３−３は、窪み１３ａ−１の中に、先端を窪み１３ａ−１の底に当接させて挿入されている。この長いカーボンナノチューブ２３−３は押圧により屈曲して撓み、その先端部分の側面を円錐状の突起１３の錐面（即ち側面）に線状に接触させている。
【００５４】
カーボンナノチューブ２３−３より短く、先端が窪み１３ａ−１の底に到達しない２本のカーボンナノチューブ２３− 1、２３−２は、同じ窪み１３ａ−１に挿入されて撓んだカーボンナノチューブ２３−３により、突起１３の側面方向に押し付けられている。その結果、カーボンナノチューブ２３−１は、カーボンナノチューブ２３−２を挟んで、カーボンナノチューブ２３−３により突起１３の側面に押圧される。従って、３本のカーボンナノチューブ２３−１〜２３−３は互いに側面を線状に接触させて電気的に接続される。また、カーボンナノチューブ２３−１及びカーボンナノチューブ２３−３は突起１３と線状に接触する。
【００５５】
上述したように、長いカーボンナノチューブ２３−３は、その先端が窪み１３ａ−１の底に当接して屈曲し、その先端側面で線状に突起１３の側面に接触する。また、短いカーボンナノチューブ２３−１は、撓みにより屈曲したカーボンナノチューブ２３−３により短いカーボンナノチューブ２３−２を介して突起１３の側面に押し付けられ、突起１３の側面と線状に接触する。さらに、突起１３の側面に直接接しない短いカーボンナノチューブ２３−２は、これを挟む２本のカーボンナノチューブ２３−１、３２−３と互いに側面で線状に接触する。
【００５６】
即ち、窪み１３ａ−１に挿入された３本のカーボンナノチューブ２３−１〜２３−３は全て、互いに線接触により電気的に接続される。さらに、突起１３に接するカーボンナノチューブ２３−１，２３−３はその側面で突起１３と線状に接触して電気的に接続される。
【００５７】
このように、短いカーボンナノチューブ２３−１も、長いカーボンナノチューブ２３−２と同様に突起１３の側面と線接触して電気的接触がなされる。また、直接突起１３に触れない短いカーボンナノチューブ２３−２は、互いに側面で線接触するカーボンナノチューブ２３−１、２３−３を介して突起１３と電気的に接触する。従って、従来の回路基板２１０では第２の電極２１１に到達しない又は先端のみが当接するような短いカーボンナノチューブ２３−１、２３−２が、本実施形態では電気的接続に寄与する。また、カーボンナノチューブ２３−１〜２３−３及び突起１３との接触は線接触でなされるため、従来の第２の電極にカーボンナノチューブ２３の組成変形を生じさせる押圧を印加したときと同様の低い接触抵抗が、カーボンナノチューブ２３の弾性変形内の押圧で実現される。
【００５８】
カーボンナノチューブ２３−４、２３−５は短く、窪み１３ａ−２の底まで到達していない。しかし、それらの先端は錐体状の突起１３に押しやられ、突起１３の側面を滑落して移動した結果、先端の側面は突起１３の側面に延在して線状に接触している。
【００５９】
かかる短いカーボンナノチューブ２３−４、２３−５は、撓みが弾性変形内の押圧の場合、表面が平坦な従来の第２の電極では点接触乃至非接触となり、低抵抗の接続を実現することができなかった。本実施形態の第２の電極１１は、このようなカーボンナノチューブ２３−４、２３−５でも線接触して電気的接続に寄与するので、低い接触抵抗が実現される。
【００６０】
窪み１３ａ−３には、３本の長いカーボンナノチューブ２３−６〜２３−８が挿入されている。カーボンナノチューブ２３−６は、その先端が突起１３の側面を滑落して窪み１３ａ−３の底に当接する。そして、押圧により弾性変形して、カーボンナノチューブ２３−６の側面を突起１３の側面に線状に接触するように撓む。また、カーボンナノチューブ２３−８は、窪み１３ａ−３の底近くまで挿入され、先端を窪み１３ａ−３の底まで挿入されたカーボンナノチューブ２３−６に当接して撓み、その側面を突起１３の側面に線状に接触させている。さらに、カーボンナノチューブ２３−７は、先端がカーボンナノチューブ２３−６の側面に当接して弾性変形して撓み、側面をカーボンナノチューブ２−８の側面に線接触させて密着している。
【００６１】
このように、１個の窪み１３ａ−３に複数のカーボンナノチューブに２３−６〜２３−８が挿入されてたがいに押し合うことにより、カーボンナノチューブ２３−６〜２３−８は、相互に又は突起１３と線接触する。従って、低い接触抵抗が実現される。
【００６２】
上述したように、本発明の回路基板１では、カーボンナノチューブ２３を押下する際、剣山状に形成された錐体状の突起１３が、一群のカーボンナノチューブ２３の中に下方から分け入るように挿入される。そして、突起１３により囲まれて形成される窪み１３ａ−１〜１３ａ−３の中に複数のカーボンナノチューブ２３が挿入される。なお、カーボンナノチューブ２３の押下は、カーボンナノチューブ２３の弾性限界内でなされる。
【００６３】
このとき、カーボンナノチューブ２３の先端は突起１３の側面を滑落し、カーボンナノチューブ２３の先端付近のカーボンナノチューブ側面が突起１３の側面に線状に接触する。また、窪み１３ａ−１〜１３ａ−３は、底が狭窄しているため、窪み１３ａ−１〜１３ａ−３に挿入された複数本のカーボンナノチューブ２３は、互いに押し合い、互いに又は突起１３の側面とチューブ側面で線状に接触する。このため、突起１３の底に到達しない短いカーボンナノチューブ２３−１、２３−２、２３−４、２３−５も、互いに又は突起１３と線状に接触して電気的接続に寄与する。このように、カーボンナノチューブ２３の弾性限界内の低い押圧によっても、電気的接続は線状の接触によりなされ、かつ，多くのカーボンナノチューブ２３が電気的接続に寄与するため、低い接触抵抗が実現される。
【００６４】
本発明の突起１３は、底部が太くなり、側面が傾斜面となる形状（本明細書では「錐体状」という。）を有し、例えは円錐体、角錐体、円錐台及び角錐台等の錐体及び錐台を含む形状に形成される。なお、突起１３の側面は傾斜面であればよく、錐面の他、錐線が湾曲するもの、例えば垂線が突起１３の中心軸方向に凹に湾曲するものが含まれる。
【００６５】
このような錐体状突起１３とすることで、上方から押下されたカーボンナノチューブ２３の先端を突起の側面を摺動して滑落させ、カーボンナノチューブ２３の側面と突起１３の側面とを線状に接触させることができる。また、窪み１３ａ−１〜１３ａ−３の底（下方）を狭窄させて、窪み１３ａ−１〜１３ａ−３の中に挿入された複数のカーボンナノチューブ２３を互いに押し合うように接触させることができる。
【００６６】
他方、多数のカーボンナノチューブ２３を突起１３に線接触させて接触抵抗を低くするという観点からは、一つの窪みに挿入されるカーボンナノチューブ２３を少なくして突起１３に直接接触しないカーボンナノチューブ２３が少なくなるように、突起１３の平均間隔を小さくすることが好ましく、例えばカーボンナノチューブ２３の平均間隔の１０倍以下とすることが好ましい。
【００６７】
突起１３の底面の直径、即ち隣接する突起１３の中心軸間の平均間隔は、１個の窪み１３の中に複数のカーボンナノチューブ２３を挿入するという観点から、カーボンナノチューブ２３の平均間隔の２倍以上とすることが好ましい。
【００６８】
突起１３の上端は、曲率が小さな例えば尖塔状とすることが、押下の際にカーボンナノチューブ２３の先端が滑らかに突起１３側面に押し出されるという観点から好ましい。この観点から、突起１３先端の曲率半径は、カーボンナノチューブ２３の直径（半径の２倍）より小さいことが好ましい。ここで突起１３先端の曲率半径は、突起１３先端が平坦面からなる場合は、その平坦面の半径を含むものとする。
【００６９】
突起１３の高さはとくに制限されないが、少なくともカーボンナノチューブ２３の先端が突起１３側面を容易に滑落する傾斜（例えば傾斜角６０度）を有する程度の高さとすることが好ましい。
【００７０】
本発明の実施形態では、突起１３を電解めっきにより形成したが、これに限らず突起を他の方法により形成しても差し支えない。例えば、無電解めっきあるいはエッチングにより形成してもよい。また、材料もニッケル以外の導電体を用いることもできる。
【００７１】
また、本発明の回路基板は、多層配線基板に限られず、その他の配線基板、例えばシリコン基板を用いた配線基板、集積回路が形成された半導体チップであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明を集積回路を多層配線基板上にフエイスダウン実装する電子機器に適用することで、着脱自在かつ低接触抵抗の接続を実現することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１、２０１ 回路基板
２ 電子部品
２０ 本体（半導体チップ）
３ 熱拡散板
４ 押し付け機構
１１、２１１ 第２の電極
１２、２２ 電極パッド
１３ 突起
１３ａ−１〜１３ａ−３ 窪み
２１ 第１の電極
２３ カーボンナノチューブ
１００、２００ 電子機器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品を上面に押圧して前記電子部品を着脱自在に搭載する回路基板において、
前記回路基板上に設けられ、前記カーボンナノチューブの先端が接触して前記第１の電極と電気的に接続する第２の電極を有し、
前記第２の電極は、前記回路基板上面に設けられた電極パッドと、前記電極パッド上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起とを有することを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記突起は、前記パッド電極上面に金属の電解めっきにより形成された突起であることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
前記突起間の平均間隔が、植設された前記カーボンナノチューブの平均間隔の２倍以上かつ１０倍以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の回路基板。
【請求項４】
前記突起の先端の平均曲率半径が、前記カーボンナノチューブの平均直径を超えないことを特徴とする請求項１、２又は３記載の回路基板。
【請求項５】
カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品と、
回路基板上面に設けられたパッド電極の上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起を有する第２の電極とを有し、
前記カーボンナノチューブの先端を前記第２の電極に当接した状態で、前記電子部品を前記回路基板上に押圧して前記第１の電極と前記第２の電極を前記カーボンナノチューブを介して電気的に接続した電子機器。
【請求項６】
カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品を上面に押圧して前記電子部品を着脱自在に搭載する回路基板の製造方法において、
前記回路基板上に、前記回路基板の配線に接続された電極パッドを形成する工程と、
電解めっきにより、前記電極パッド上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起を形成する工程とを有することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項７】
前記錐体状突起はニッケルからなり、
前記電解めっきは、ＰＨ４に調整された塩化ニッケル、ほう酸及びエチレンジアミンジハイドロクロライドの水溶液をめっき液とし、電流密度が１．０Ａ／ｄｍ2 〜２．０Ａ／ｄｍ2 の条件下で、ニッケルからなる錐体状の突起を剣山状に形成することを特徴とする請求項６記載の回路基板の製造方法。
【請求項８】
回路基板上に、前記回路基板の配線に接続された電極パッドを形成する工程と、
電解めっきにより、前記電極パッド上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起を形成して、前記電極パッド上に前記錐体状突起が形成された第２の電極を形成する工程と、 カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品を、前記カーボンナノチューブの先端が前記第２の電極に接触するように前記回路基板上に載置する工程と、
前記回路基板上に載置された前記電子部品を前記回路基板上に押圧して、前記第１の電極と前記第２の電極とを前記カーボンナノチューブを介して電気的に接続させ、前記電子部品を前記回路基板上に着脱自在に搭載する工程とを有する電子機器の製造方法。
【請求項１】
カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品を上面に押圧して前記電子部品を着脱自在に搭載する回路基板において、
前記回路基板上に設けられ、前記カーボンナノチューブの先端が接触して前記第１の電極と電気的に接続する第２の電極を有し、
前記第２の電極は、前記回路基板上面に設けられた電極パッドと、前記電極パッド上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起とを有することを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記突起は、前記パッド電極上面に金属の電解めっきにより形成された突起であることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
前記突起間の平均間隔が、植設された前記カーボンナノチューブの平均間隔の２倍以上かつ１０倍以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の回路基板。
【請求項４】
前記突起の先端の平均曲率半径が、前記カーボンナノチューブの平均直径を超えないことを特徴とする請求項１、２又は３記載の回路基板。
【請求項５】
カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品と、
回路基板上面に設けられたパッド電極の上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起を有する第２の電極とを有し、
前記カーボンナノチューブの先端を前記第２の電極に当接した状態で、前記電子部品を前記回路基板上に押圧して前記第１の電極と前記第２の電極を前記カーボンナノチューブを介して電気的に接続した電子機器。
【請求項６】
カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品を上面に押圧して前記電子部品を着脱自在に搭載する回路基板の製造方法において、
前記回路基板上に、前記回路基板の配線に接続された電極パッドを形成する工程と、
電解めっきにより、前記電極パッド上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起を形成する工程とを有することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項７】
前記錐体状突起はニッケルからなり、
前記電解めっきは、ＰＨ４に調整された塩化ニッケル、ほう酸及びエチレンジアミンジハイドロクロライドの水溶液をめっき液とし、電流密度が１．０Ａ／ｄｍ2 〜２．０Ａ／ｄｍ2 の条件下で、ニッケルからなる錐体状の突起を剣山状に形成することを特徴とする請求項６記載の回路基板の製造方法。
【請求項８】
回路基板上に、前記回路基板の配線に接続された電極パッドを形成する工程と、
電解めっきにより、前記電極パッド上面に剣山状に形成された導電性の錐体状突起を形成して、前記電極パッド上に前記錐体状突起が形成された第２の電極を形成する工程と、 カーボンナノチューブが植設された第１の電極を備える電子部品を、前記カーボンナノチューブの先端が前記第２の電極に接触するように前記回路基板上に載置する工程と、
前記回路基板上に載置された前記電子部品を前記回路基板上に押圧して、前記第１の電極と前記第２の電極とを前記カーボンナノチューブを介して電気的に接続させ、前記電子部品を前記回路基板上に着脱自在に搭載する工程とを有する電子機器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２９３５２（Ｐ２０１１−２９３５２Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２６０４（Ｐ２００９−１７２６０４）
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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