電子部品の実装構造および実装方法
【課題】導通抵抗が低く、接着強度が高く且つ接続信頼性が高いベアチップまたはチップサイズパッケ−ジの実装構造および実装方法を提供する。
【解決手段】半導体素子１の電極端子１ｂに半田バンプ３を形成し、半導体素子１の電極端子１ｂと実装基板２の電極パッド２ｂは半田バンプ３と導電性接着剤４で接続されている。導電性接着剤４中に含まれている導電粒子は、半田の金属材料であるSnを構成要素とする金属間化合物を含んでいる。
【解決手段】半導体素子１の電極端子１ｂに半田バンプ３を形成し、半導体素子１の電極端子１ｂと実装基板２の電極パッド２ｂは半田バンプ３と導電性接着剤４で接続されている。導電性接着剤４中に含まれている導電粒子は、半田の金属材料であるSnを構成要素とする金属間化合物を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベアチップ、ＣＳＰ、ＢＧＡなどの電子部品の実装構造と実装方法に関するものであり、特に半田バンプや半田ボールと導電性接着剤とを用いて電子部品−実装基板間の接続を行なう電子部品の実装構造および実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の急速な発達に伴い、ＬＳＩなど半導体素子にはこれまで以上に高機能化が求められるようになってきている。半導体素子の多機能化に伴い半導体素子の入出力端子数は増加し、また半導体素子を高速動作させるための配線長は短縮化が求められている。こうした要求を実現するために開発された接続工法としてフリップチップ接続がある。フリップチップ接続は半導体素子の配線面にエリア状に接続パッドを設けることができるため多ピン化に適している。また、ワイヤボンディングやテープオートメイティッドボンディングの様な他の半導体素子接続工法と比較し、引き出し線を必要としないため配線長の短縮化が可能である。
以上のような理由から電子機器に用いられる半導体素子の実装には、フリップチップ接続を使用したものが増加している。
【０００３】
現在、フリップチップに使用される一般的なバンプ電極の材料としては、Ａｕや半田等が用いられている。半田の材質の例としてはＳｎ−Ｐｂ共晶はんだがあるが、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだに限定されず、たとえばＳｎ−Ｐｂ（共晶を除く）、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｂｉおよびこれら前記した材料に特定の添加元素をさらに加えた材料を挙げることができ、これらが適宜用いられる。
一方、フリップチップ接続される半導体素子の多くは、半導体素子−基板間の熱膨張差による応力を緩和するため、半導体素子−基板の隙間を樹脂封止することにより、接続信頼性を確保する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
半田バンプのみでフリップチップ接合する従来例では、弾性率が高い半田バンプにおいて半導体素子−基板間の熱膨張差により高い応力が発生し、接合部近傍のチップ、バンプ、基板等を破壊する問題がある。そこでバンプにかかる応力を緩和する目的で半導体素子と基板の隙間をアンダーフィル樹脂で封止することで接続信頼性を向上させることができる。しかし、樹脂封止前の工程において、バンプ接合部に集中的に応力がかかるため、製造工程における応力対策が必要となる。弾性率が高い鉛フリー半田の適用やチップに機械的強度が低いＬｏｗ−ｋ膜を使用する製品が増えてくると、この問題は一層深刻になる。また、アンダーフィル樹脂で封止した後においても、半田バンプの弾性率の方がアンダーフィル樹脂のそれに比較してはるかに高く、例えばＳｎ−3Ａｇ−0.5Ｃｕ半田の弾性率は約４０ＧＰａであるのに対し、アンダーフィル樹脂の弾性率は充填剤を混入して高弾性率化した場合でも１０ＧＰａ程度である。このため、弾性率の高い半田接合部分に依然として応力が集中して、繰返しの温度変化等により、半田バンプやその接続端部のチップ、あるいは基板にクラックが発生する問題がある。
半田バンプ接合部の弾性率を下げるには、半田バンプをこれより弾性率の低い導電性接着剤を用いて接続することが考えられる。而して、半田バンプを導電性接着剤により接続することは従来より試みられてきた（例えば、特許文献２、３参照）。特許文献２、３に記載された接合方法は、半田バンプまたは基板上の電極パッドに導電性接着剤を塗布し、基板上に半導体素子を搭載し、半田の融点以下の温度で導電性接着剤を硬化して接続を行なうものである。
【特許文献１】特開平１１−２３３５５８号公報
【特許文献２】特開平１−２２６１６１号公報
【特許文献３】特開２００１−４４６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２、３に記載された従来の導電性接着剤を用いた接合方法では、接合界面における低い導通抵抗と高い接着強度を実現することは困難であった。その理由は、以下の通りである。従来の接合構造では、導電性接着剤の導電粒子と半田バンプとは単に接触しているのみでこの接触部分では接着力は得られず、接着力は導電性接着剤の基材である絶縁樹脂にのみ依存していた。界面の導通抵抗を低減させようとした場合、導電性接着剤の導電粒子と半田バンプの接触面積を増やす必要があるが、接触面積を増やすには導電粒子の比率を高める必要があり、これを満たすことは必然的に基材樹脂の低減を招くことになる。逆に、接着強度を高めるには、絶縁樹脂の比率を高めなければならないが、このことは必然的に導電粒子と半田バンプとの接触面積の低減を招く。つまり、従来の接合方法では、低い導通抵抗と高い接着強度とは、トレードオフ関係にあった。
【０００６】
この点に対処すべく、本発明者は、半田を導電性接着剤の導電粒子と溶融接合する接合方式を考案した。この接合方式によれば、半田バンプと導電粒子との低抵抗での接合が実現できるばかりでなく、半田バンプと導電粒子との間に接着力が発現されるので、上記のトレードオフ関係を解消することができ、導通抵抗の低減と接着強度の向上の両方を実現できるものと考えられた。しかし、実際にこの接合構造を製作してみると導通抵抗は期待したほどには下がらないことが明らかとなった。その原因を調べてみると、半田バンプと導電性接着剤との接合界面近傍の導電粒子が半田のＳｎに取り込まれてしまう結果であることが判明した。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、半導体素子−実装基板間の熱膨張係数の差に起因する応力を緩和すると共に、低抵抗で接着強度の高い電子部品の実装構造を提供できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとが半田バンプと導電性接着剤を介して接続されている電子部品の実装構造において、電極端子と電極パッドとのいずれか一方または両方に半田バンプが形成され、半田バンプと電極パッド若しくは電極端子が、または、半田バンプ同士が導電性接着剤を介して接続されており、半田バンプと導電性接着剤の接合界面は、半田が導電性接着剤中の導電粒子と溶融接合していることを特徴とする電子部品の実装構造、が提供される。
【０００８】
そして、好ましくは、前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、金属間化合物を含んでいる。また、一層好ましくは、前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、前記半田の主要構成金属を構成要素とする金属間化合物を含んでいる。また、好ましくは、前記金属間化合物の周囲は金属層で被覆されている。また、好ましくは、前記導電粒子は、前記金属間化合物の外に前記金属間化合物より電気伝導性の良好な金属の良伝導性導電粒子を含んでいる。
【０００９】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、電子部品に電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、半田バンプを溶融させて導電性接着剤の導電粒子と溶融接合させると共に導電性接着剤の硬化を進める工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法、が提供される。
【００１０】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、電子部品電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、導電性接着剤の硬化を進める工程と、電子部品と実装基板の隙間にアンダーフィル樹脂を注入する工程と、半田バンプを溶融させて導電性接着剤の導電粒子と溶融接合させる工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法、が提供される。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、電子部品の電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給し硬化を進める工程と、実装基板上にアンダーフィル樹脂を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、半田バンプを溶融させて導電粒子と溶融接合させる工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法、が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、電子部品と実装基板との接合部は半田バンプと導電性接着剤によって構成されているので、電子部品の基板（半導体基板）と実装基板との熱膨張係数の差がある場合でも、導電性接着剤層による応力緩和効果により、電子部品と実装基板との熱膨張差により生じる応力を緩和することが可能になり、クラックや断線の発生を防止することができる。また、本発明によると、導電性接着剤半田バンプが導電性接着剤の導電粒子と溶融接合しているので、導電性接着剤の樹脂による接着力に加え半田の接着力が加わり、半田バンプと導電性接着剤との間に高い接着強度が得られる。更に、導電性接着剤半田バンプが導電性接着剤の導電粒子と溶融接合しており、そして導電性接着剤中の導電粒子が半田バンプ中のＳｎに取り込まれて消失することがないため、半田バンプと導電性接着剤との間の導通抵抗を低く抑えることができる。したがって、本発明によれば、弾性率の高い鉛フリー半田が使用され、また機械的強度の低いLow-k絶縁膜が採用されても、導通抵抗の低減、接着強度の向上が図れるばかりでなく、信頼性の高い実装構造を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、フリップチップ接続方式により、本発明の実施の形態を示すが、本発明の適用される電子部品は、ベアチップ、CSP、BGA等、いずれの形態でもよく特に限定されるものではない。
〔第１の実施の形態（実装構造）〕
まず、本発明の半導体素子の実装構造の第１の実施の形態ついて、図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の要部を示す断面図であり、図２は、図１の半田バンプ３と導電性接着剤４の接合部を示した部分拡大断面図である。半導体基板１ａ上に電極端子１ｂを有する半導体素子１の電極端子１ｂには、半田バンプ３が形成されている。半田バンプの材料としては、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｚｎ、Ｓｎ／Ｂｉおよびこれらに特定の添加元素をさらに加えた材料を挙げることができ、これらを適宜用いることができる。半田バンプの形成方法としては、フラックスを含んだ半田ペーストをメタルマスク等を使用して電極端子上に印刷し、リフローしたのちにフラックス洗浄する方法でもよいし、電極端子上に塗布したフラックスにハンダボールを転写して、リフローした後にフラックス洗浄を行なう方法でもよい。半導体素子１が搭載される実装基板２は、基板２ａとその表面に形成された電極パッド２ｂとソルダーレジスト２ｃとを有する。電極端子１ｂ上の半田バンプ３と基板２ａ上の電極パッド２ｂの間は、導電性接着剤４で接続されており、半導体素子１と実装基板２間の電気的接続が達成されている。基板２ａ上の電極パッド２ｂの一例としては銅配線の表面にニッケルメッキが施されており、さらにその上に金メッキが形成されているものが挙げられる。
【００１４】
導電性接着剤４の基材となる絶縁樹脂４ｂは、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、フルオレン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、シリコーン樹脂等様々な材料があるが、特に限定されるものではなく、これらを１種あるいは２種以上組み合わせて用いることもできる。粘度、コスト、耐熱性、接着性等の面に優れるエポキシ樹脂が一般に用いられるが、25℃程度の室温において液状である樹脂が望ましい。
さらに導電性接着剤４の絶縁樹脂４ｂは、酸化膜除去作用を含んでいることが望ましい。その理由は、半田バンプ３と導電性接着剤４の接合時において、半田バンプ３表面の酸化膜を除去し、半田バンプ３と導電性接着剤４中に含まれる導電粒子４ａとの接合性を向上させることが出来るからである。エポキシ樹脂に酸化膜除去作用を与えるには、（メタ）アクリル酸、マレイン酸などの不飽和酸、蓚酸、マロン酸などの有機二酸、クエン酸などの有機酸をはじめ、炭化水素の側鎖に、ハロゲン基、水酸基、ニトリル基、ベンジル基、カルボキシル基等を少なくとも１つ以上を添加することにより可能である。これらの添加剤を３〜１０ｗｔ％（重量％）加えてもよいし、他の方法としては、エポキシ樹脂の硬化剤と主剤の反応時に生成される前記物質を利用して、酸化膜除去を行なうことも可能である。エポキシ樹脂の主剤と硬化剤の混合比は、主剤６０〜９０ｗｔ％に対して、硬化剤１０〜４０ｗｔ％が望ましい。
【００１５】
ここで重要なのが、導電性接着剤４中に含まれている導電粒子４ａは金属間化合物を含んでいることである。その理由は、図２に示す半田バンプ３と導電性接着剤４の接合界面において、半田バンプ３と電気的接続を保っている接合界面上の導電粒子４ａは、実装時や実装後の加熱により拡散が進行し、接合界面の導電粒子４ａは半田バンプ３中に取り込まれて消失し、半田バンプ３と導電性接着剤４の電気的接続が得られなくなる問題が発生するためである。一例を示すと、導電粒子４ａにＡｇを用いた場合では、接合界面のＡｇ粒子は半田バンプ３中に取り込まれて消失し、半田バンプ３の中で、Ｓｎと結合してＡｇ３Ｓｎの金属間化合物として存在する。そこで、導電粒子４ａの中にあらかじめ金属間化合物を用いることで、実装後の拡散による接合界面の導電粒子４ａの消失を防止し、接続信頼性の高いバンプ接合構造を得ることが出来る。導電粒子として添加する金属間化合物の一例としては、ＡｕＳｎ、Ａｇ３Ｓｎ、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５等が挙げられる。ここで、半田バンプ３と導電性接着剤４中の導電粒子４ａとの接合状態に関して、半田が導電粒子４ａに溶融接合していることが望ましい。その理由は、接合界面の密着力に関して言えば、絶縁樹脂４ｂと半田との接着力に加えて、半田と導電粒子４ａの溶融接合による結合力が得られるために界面の接合強度が飛躍的に向上し、接合信頼性が向上することと、溶融接合することで接合界面における導通抵抗が少ない良好な接合界面を得られるためである。この効果により、従来、導電性接着剤による接続の課題であった電気抵抗の低減と密着強度向上の両立を容易に実現することが可能となる。さらに望ましくは、金属間化合物からなる導電粒子４ａの周囲には、導電率のよい金属層を形成した方がよい。その理由は、導電性接着剤４中の導電粒子４ａどうしの導通において、金属間化合物自身よりも導電率のよい金属層を形成することにより、導電性接着剤中の導通抵抗を低減することが可能となるからである。金属層の材料としては、Ａｕ、Ｃｕ等が挙げられる。導電粒子４ａの平均粒径は、１０μｍ程度で、周囲に金属層を形成する場合、金属層厚さは０．１μｍ以下が目安となるが、バンプピッチが微細の場合には、粒径を小さくすることもある。導通抵抗の低減のために、導電粒子４ａとしてＳｎを含む金属間化合物の外にこれより電気伝導度の高い金属からなる金属粒子を含むようにすることが望ましい。そのための金属材料としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ-Ｐｄ合金が挙げられる。Ｓｎを含む金属間化合物より電気伝導度の高い金属の導電粒子の導電粒子全体におけるｗｔ％は、5〜30％の範囲であることが望ましい。これ以下であると導通抵抗の低減効果が少なく、またこれ以上にＡｇ、Ａｕ等の比率が高まると、半田に取り込まれる導電粒子が多くなって導通抵抗の上昇を招くからである。導電性接着剤バンプに添加されている導電粒子４ａの量に関しては、粒子形状や粒子材質、製造方法等により異なるので、一概に規定することは出来ないが、一例を挙げるとすれば、樹脂に対する導電粒子の体積比率で考えた場合、２０〜５０％であることが望ましい。
【００１６】
半導体素子の微細化が進み、電極端子１ｂが一層微細化されると、半導体基板１ａと基板２ａの熱膨張係数差により熱応力で半田バンプや配線が破壊する可能性がある。この場合は、半田バンプの周囲、つまり半導体素子１と実装基板２との隙間をアンダーフィル樹脂にて封止して、バンプ接合部を保護することが有効である。アンダーフィル樹脂には、導電性接着剤の絶縁樹脂同様、エポキシ樹脂を用いることが一般的であるが、アンダーフィル樹脂の熱膨張係数低下や弾性率の向上を図るためにシリカフィラー等を添加してもよい。また、アンダーフィル樹脂による封止方法として、特に半導体素子１を搭載する前にあらかじめ実装基板２上にアンダーフィル形成用樹脂を塗布しておく場合、アンダーフィル形成用樹脂が酸化膜除去作用を含んでいることが望ましい。その理由は、実装時に半田バンプ３の酸化膜を除去することで、半田バンプと導電粒子４ａの良好な溶融接合を実現することができるからである。アンダーフィル形成用樹脂に酸化膜除去作用を付加する手段は、上述した導電性接着剤の絶縁樹脂に酸化膜除去作用を付加する場合と同様の手段を用いることが出来る。
以上説明した実施の形態は、半導体素子１側に半田バンプを形成するものであったが、逆に、実装基板２側に半田バンプを設けるようにしてもよい。
【００１７】
〔第２の実施の形態（実装構造）〕
図３は、本発明の実装構造の第２の実施の形態を示す要部断面図である。図３において、第１の実施の形態を示す図１と同等の部材には同一の参照符号が付せられている。本実施の形態の実装構造は、図１に示した構造に対して、実装基板２の電極パッド２ｂ上にも半田バンプ５を形成した構造である。実装基板２側への半田バンプの形成方法および半田材質については、上述した半導体素子１側の半田バンプ３の場合と同様である。また、半田材質に関しては、半導体素子側の半田バンプ３と同じであることが望ましい。その理由は、導電性接着剤４中の導電粒子４ａと半田バンプ３および半田バンプ５をそれぞれの接合界面において溶融接合させる場合、材質が同じであれば、融点も同じになるので、一度のプロセスで両方の溶融接合を行なうことが出来るため効率的であるからである。
また、本実施の形態の構造のようにバンプ構成を半田バンプ３、導電性接着剤４、半田バンプ５のような３層構造とすることで、導電性接着剤４の接合界面を全て半田とし、かつ溶融接合とすることが出来るため、接合界面における導通抵抗の低減と密着力の向上を同時に実現でき、強固でかつ導通抵抗の低い導電性接着剤接合構造を得ることが可能となる。この点は従来導電性接着剤接続では両立が難しい課題であった。その理由は、界面の導通抵抗を低減させようとした場合、導電粒子とバンプの接触面積を増やす必要があるが、接触による導通の場合、導通部分では接着力は得られないため、接着力は導電性接着剤の絶縁樹脂と半田バンプの接着力のみとなる。従って接着力を増すために絶縁樹脂と半田バンプの接触面積を増やせば、必然的に導電粒子と半田バンプの接触面積が減ることとなるためである。
また、本実施の形態の実装構造においても、図１に示す第１の実施の形態の構造と同様、半導体素子１と実装基板２との隙間をアンダーフィル樹脂にて封止して、バンプ接合部を保護することができる。
【００１８】
〔第１の実施の形態（実装方法）〕
次に、本発明の実装構造を実現するための実装方法について説明する。図４は、本発明の実装方法の第１の実施の形態を示す工程順の断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、半導体素子１および実装基板２を用意し、半導体素子１の電極端子上に半田バンプ３を、実装基板２の電極パッド上に半田バンプ５を形成する。半田バンプの形成方法は、フラックスを含んだ半田ペーストをメタルマスク等を使用して電極端子（電極パッド）上に印刷し、リフローしたのちにフラックス洗浄する方法でもよいし、電極端子（電極パッド）上に塗布したフラックスにハンダボールを転写して、リフローした後にフラックス洗浄を行なう方法でもよい。なお、図４（ａ）では、半導体素子１側および実装基板２側に半田バンプを形成しているが、どちらか一方にのみ半田バンプを形成した場合でも、以下に説明する本実施の形態の実装方法を用いることが出来る。続いて、実装基板２側の電極部分に導電性接着剤４を供給する。供給方法はメタルマスクを用いた印刷による供給が一般的であるが、ディスペンサー等を用いて供給することも可能である。導電性接着剤は、半導体素子１側に供給するようにしてもよい。あるいは、半導体素子１側と実装基板２側の双方に供給するようにしてもよい。この段階では、導電性接着剤４は、未硬化の状態にしておく。次に、図４（ｂ）に示すように、半導体素子１と実装基板２を位置合わせ後、半導体素子１を実装基板２上に搭載する。このとき、半導体素子側の半田バンプ３と実装基板側の半田バンプ５が接触しないようにマウンタの搭載高さ位置制御機能を使って、高さ調整を行なう。
【００１９】
続いて導電性接着剤４の硬化を進める工程に移行するが、この後の工程での実装方法は２通りあるので、それぞれについて説明する。まず、１つめの方法は、高さ制御を行なった状態で半田バンプを溶融温度まで加熱し、半田バンプを溶融させながら導電性接着剤４の硬化を進める。このとき、溶融した半導体素子側および実装基板側の半田バンプは、導電性接着剤４中の導電粒子４ａと溶融接合し、かつ絶縁樹脂４ｂが硬化することで、半導体素子１と実装基板２は半田バンプ３、導電性接着剤４、半田バンプ５の３層構造のバンプを介して電気的に接合される。続いて、アンダーフィル樹脂６を毛細管現象を利用し、半導体素子１と実装基板２の隙間に注入したのち、アンダーフィル樹脂６を硬化することで、図４（ｃ）に示される本発明の実装構造を得ることができる。
続いて、２つめの方法について説明する。この方法の場合、半導体素子１を実装基板２上に搭載した後、高さ制御を行なった状態で導電性接着剤４の硬化を進めるが、硬化温度は半田バンプの融点よりも低い温度で行なう。次に、アンダーフィル樹脂６を毛細管現象を利用し、半導体素子１と実装基板２の隙間に注入したのち、アンダーフィル樹脂６を硬化する。次に、半田バンプを融点以上に加熱して半田バンプ３および半田バンプ５を溶融させ、半田バンプと接触状態である導電粒子４ａと溶融接合させることで、図４（ｃ）に示される本発明の実装構造が完成する。
【００２０】
〔第２の実施の形態（実装方法）〕
図５は、本発明の実装方法の第２の実施の形態を示す工程順の断面図である。まず、図５（ａ）に示すように、半導体素子１および実装基板２を用意し、半導体素子1の電極端子上に半田バンプ３を形成し、実装基板２側に導電性接着剤４を供給する。半田バンプは、実装基板２側に形成するようにしてもよい。あるいは、半導体素子１側と実装基板２側の双方に形成するようにしてもよい。導電性接着剤は、半導体素子１側に供給するようにしてもよい。あるいは、半導体素子１側と実装基板２側の双方に供給するようにしてもよい。半田バンプ３の形成方法および導電性接着剤４の供給方法は、上述した図４での実装方法の場合と同様である。続いて、実装基板２側に塗布した導電性接着剤の硬化をわずかに進める。具体的には導電性接着剤絶縁樹脂がエポキシ樹脂の場合、１５０℃で６０〜１２０秒程度がよい。この導電性接着剤４の硬化をわずかに進める工程は、実装基板上にアンダーフィル樹脂６を塗布した際に導電性接着剤４とアンダーフィル樹脂６が混ざり合わないようにするために必要となる。続いて、実装基板２側の半導体素子１の搭載箇所にアンダーフィル樹脂６を塗布する。然る後、半導体素子１と実装基板２を位置合わせ後、半導体素子１を実装基板２上に搭載する。その後、加熱を行ない、導電性接着剤４とアンダーフィル樹脂６を硬化させるが、加熱の方法は半田バンプ３の融点以上に加熱し、樹脂硬化工程と同時に半田バンプ３と導電粒子４ａを溶融接合させてもよいし、導電性接着剤４とアンダーフィル樹脂６の硬化工程では、半田バンプ３の融点以下の温度で硬化し、硬化後に半田バンプ３の融点以上の温度に加熱して、半田バンプ３と導電粒子４ａを溶融接合させてもよい。以上の方法により、図５（ｂ）に示される本発明の実装構造が完成する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の実装構造を示す断面図。
【図２】図１の、半田バンプと導電性接着剤の接合界面部分の拡大図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の実装構造を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の実装方法を示す工程順の断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の実装方法を示す工程順の断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１ 半導体素子
１ａ 半導体基板
１ｂ 電極端子
２ 実装基板
２ａ 基板
２ｂ 電極パッド
２ｃ ソルダーレジスト
３、５ 半田バンプ
４ 導電性接着剤
４ａ 導電粒子
４ｂ 絶縁樹脂
６ アンダーフィル樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベアチップ、ＣＳＰ、ＢＧＡなどの電子部品の実装構造と実装方法に関するものであり、特に半田バンプや半田ボールと導電性接着剤とを用いて電子部品−実装基板間の接続を行なう電子部品の実装構造および実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の急速な発達に伴い、ＬＳＩなど半導体素子にはこれまで以上に高機能化が求められるようになってきている。半導体素子の多機能化に伴い半導体素子の入出力端子数は増加し、また半導体素子を高速動作させるための配線長は短縮化が求められている。こうした要求を実現するために開発された接続工法としてフリップチップ接続がある。フリップチップ接続は半導体素子の配線面にエリア状に接続パッドを設けることができるため多ピン化に適している。また、ワイヤボンディングやテープオートメイティッドボンディングの様な他の半導体素子接続工法と比較し、引き出し線を必要としないため配線長の短縮化が可能である。
以上のような理由から電子機器に用いられる半導体素子の実装には、フリップチップ接続を使用したものが増加している。
【０００３】
現在、フリップチップに使用される一般的なバンプ電極の材料としては、Ａｕや半田等が用いられている。半田の材質の例としてはＳｎ−Ｐｂ共晶はんだがあるが、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだに限定されず、たとえばＳｎ−Ｐｂ（共晶を除く）、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｂｉおよびこれら前記した材料に特定の添加元素をさらに加えた材料を挙げることができ、これらが適宜用いられる。
一方、フリップチップ接続される半導体素子の多くは、半導体素子−基板間の熱膨張差による応力を緩和するため、半導体素子−基板の隙間を樹脂封止することにより、接続信頼性を確保する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
半田バンプのみでフリップチップ接合する従来例では、弾性率が高い半田バンプにおいて半導体素子−基板間の熱膨張差により高い応力が発生し、接合部近傍のチップ、バンプ、基板等を破壊する問題がある。そこでバンプにかかる応力を緩和する目的で半導体素子と基板の隙間をアンダーフィル樹脂で封止することで接続信頼性を向上させることができる。しかし、樹脂封止前の工程において、バンプ接合部に集中的に応力がかかるため、製造工程における応力対策が必要となる。弾性率が高い鉛フリー半田の適用やチップに機械的強度が低いＬｏｗ−ｋ膜を使用する製品が増えてくると、この問題は一層深刻になる。また、アンダーフィル樹脂で封止した後においても、半田バンプの弾性率の方がアンダーフィル樹脂のそれに比較してはるかに高く、例えばＳｎ−3Ａｇ−0.5Ｃｕ半田の弾性率は約４０ＧＰａであるのに対し、アンダーフィル樹脂の弾性率は充填剤を混入して高弾性率化した場合でも１０ＧＰａ程度である。このため、弾性率の高い半田接合部分に依然として応力が集中して、繰返しの温度変化等により、半田バンプやその接続端部のチップ、あるいは基板にクラックが発生する問題がある。
半田バンプ接合部の弾性率を下げるには、半田バンプをこれより弾性率の低い導電性接着剤を用いて接続することが考えられる。而して、半田バンプを導電性接着剤により接続することは従来より試みられてきた（例えば、特許文献２、３参照）。特許文献２、３に記載された接合方法は、半田バンプまたは基板上の電極パッドに導電性接着剤を塗布し、基板上に半導体素子を搭載し、半田の融点以下の温度で導電性接着剤を硬化して接続を行なうものである。
【特許文献１】特開平１１−２３３５５８号公報
【特許文献２】特開平１−２２６１６１号公報
【特許文献３】特開２００１−４４６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２、３に記載された従来の導電性接着剤を用いた接合方法では、接合界面における低い導通抵抗と高い接着強度を実現することは困難であった。その理由は、以下の通りである。従来の接合構造では、導電性接着剤の導電粒子と半田バンプとは単に接触しているのみでこの接触部分では接着力は得られず、接着力は導電性接着剤の基材である絶縁樹脂にのみ依存していた。界面の導通抵抗を低減させようとした場合、導電性接着剤の導電粒子と半田バンプの接触面積を増やす必要があるが、接触面積を増やすには導電粒子の比率を高める必要があり、これを満たすことは必然的に基材樹脂の低減を招くことになる。逆に、接着強度を高めるには、絶縁樹脂の比率を高めなければならないが、このことは必然的に導電粒子と半田バンプとの接触面積の低減を招く。つまり、従来の接合方法では、低い導通抵抗と高い接着強度とは、トレードオフ関係にあった。
【０００６】
この点に対処すべく、本発明者は、半田を導電性接着剤の導電粒子と溶融接合する接合方式を考案した。この接合方式によれば、半田バンプと導電粒子との低抵抗での接合が実現できるばかりでなく、半田バンプと導電粒子との間に接着力が発現されるので、上記のトレードオフ関係を解消することができ、導通抵抗の低減と接着強度の向上の両方を実現できるものと考えられた。しかし、実際にこの接合構造を製作してみると導通抵抗は期待したほどには下がらないことが明らかとなった。その原因を調べてみると、半田バンプと導電性接着剤との接合界面近傍の導電粒子が半田のＳｎに取り込まれてしまう結果であることが判明した。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、半導体素子−実装基板間の熱膨張係数の差に起因する応力を緩和すると共に、低抵抗で接着強度の高い電子部品の実装構造を提供できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとが半田バンプと導電性接着剤を介して接続されている電子部品の実装構造において、電極端子と電極パッドとのいずれか一方または両方に半田バンプが形成され、半田バンプと電極パッド若しくは電極端子が、または、半田バンプ同士が導電性接着剤を介して接続されており、半田バンプと導電性接着剤の接合界面は、半田が導電性接着剤中の導電粒子と溶融接合していることを特徴とする電子部品の実装構造、が提供される。
【０００８】
そして、好ましくは、前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、金属間化合物を含んでいる。また、一層好ましくは、前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、前記半田の主要構成金属を構成要素とする金属間化合物を含んでいる。また、好ましくは、前記金属間化合物の周囲は金属層で被覆されている。また、好ましくは、前記導電粒子は、前記金属間化合物の外に前記金属間化合物より電気伝導性の良好な金属の良伝導性導電粒子を含んでいる。
【０００９】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、電子部品に電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、半田バンプを溶融させて導電性接着剤の導電粒子と溶融接合させると共に導電性接着剤の硬化を進める工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法、が提供される。
【００１０】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、電子部品電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、導電性接着剤の硬化を進める工程と、電子部品と実装基板の隙間にアンダーフィル樹脂を注入する工程と、半田バンプを溶融させて導電性接着剤の導電粒子と溶融接合させる工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法、が提供される。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、電子部品の電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給し硬化を進める工程と、実装基板上にアンダーフィル樹脂を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、半田バンプを溶融させて導電粒子と溶融接合させる工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法、が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、電子部品と実装基板との接合部は半田バンプと導電性接着剤によって構成されているので、電子部品の基板（半導体基板）と実装基板との熱膨張係数の差がある場合でも、導電性接着剤層による応力緩和効果により、電子部品と実装基板との熱膨張差により生じる応力を緩和することが可能になり、クラックや断線の発生を防止することができる。また、本発明によると、導電性接着剤半田バンプが導電性接着剤の導電粒子と溶融接合しているので、導電性接着剤の樹脂による接着力に加え半田の接着力が加わり、半田バンプと導電性接着剤との間に高い接着強度が得られる。更に、導電性接着剤半田バンプが導電性接着剤の導電粒子と溶融接合しており、そして導電性接着剤中の導電粒子が半田バンプ中のＳｎに取り込まれて消失することがないため、半田バンプと導電性接着剤との間の導通抵抗を低く抑えることができる。したがって、本発明によれば、弾性率の高い鉛フリー半田が使用され、また機械的強度の低いLow-k絶縁膜が採用されても、導通抵抗の低減、接着強度の向上が図れるばかりでなく、信頼性の高い実装構造を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、フリップチップ接続方式により、本発明の実施の形態を示すが、本発明の適用される電子部品は、ベアチップ、CSP、BGA等、いずれの形態でもよく特に限定されるものではない。
〔第１の実施の形態（実装構造）〕
まず、本発明の半導体素子の実装構造の第１の実施の形態ついて、図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の要部を示す断面図であり、図２は、図１の半田バンプ３と導電性接着剤４の接合部を示した部分拡大断面図である。半導体基板１ａ上に電極端子１ｂを有する半導体素子１の電極端子１ｂには、半田バンプ３が形成されている。半田バンプの材料としては、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｚｎ、Ｓｎ／Ｂｉおよびこれらに特定の添加元素をさらに加えた材料を挙げることができ、これらを適宜用いることができる。半田バンプの形成方法としては、フラックスを含んだ半田ペーストをメタルマスク等を使用して電極端子上に印刷し、リフローしたのちにフラックス洗浄する方法でもよいし、電極端子上に塗布したフラックスにハンダボールを転写して、リフローした後にフラックス洗浄を行なう方法でもよい。半導体素子１が搭載される実装基板２は、基板２ａとその表面に形成された電極パッド２ｂとソルダーレジスト２ｃとを有する。電極端子１ｂ上の半田バンプ３と基板２ａ上の電極パッド２ｂの間は、導電性接着剤４で接続されており、半導体素子１と実装基板２間の電気的接続が達成されている。基板２ａ上の電極パッド２ｂの一例としては銅配線の表面にニッケルメッキが施されており、さらにその上に金メッキが形成されているものが挙げられる。
【００１４】
導電性接着剤４の基材となる絶縁樹脂４ｂは、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、フルオレン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、シリコーン樹脂等様々な材料があるが、特に限定されるものではなく、これらを１種あるいは２種以上組み合わせて用いることもできる。粘度、コスト、耐熱性、接着性等の面に優れるエポキシ樹脂が一般に用いられるが、25℃程度の室温において液状である樹脂が望ましい。
さらに導電性接着剤４の絶縁樹脂４ｂは、酸化膜除去作用を含んでいることが望ましい。その理由は、半田バンプ３と導電性接着剤４の接合時において、半田バンプ３表面の酸化膜を除去し、半田バンプ３と導電性接着剤４中に含まれる導電粒子４ａとの接合性を向上させることが出来るからである。エポキシ樹脂に酸化膜除去作用を与えるには、（メタ）アクリル酸、マレイン酸などの不飽和酸、蓚酸、マロン酸などの有機二酸、クエン酸などの有機酸をはじめ、炭化水素の側鎖に、ハロゲン基、水酸基、ニトリル基、ベンジル基、カルボキシル基等を少なくとも１つ以上を添加することにより可能である。これらの添加剤を３〜１０ｗｔ％（重量％）加えてもよいし、他の方法としては、エポキシ樹脂の硬化剤と主剤の反応時に生成される前記物質を利用して、酸化膜除去を行なうことも可能である。エポキシ樹脂の主剤と硬化剤の混合比は、主剤６０〜９０ｗｔ％に対して、硬化剤１０〜４０ｗｔ％が望ましい。
【００１５】
ここで重要なのが、導電性接着剤４中に含まれている導電粒子４ａは金属間化合物を含んでいることである。その理由は、図２に示す半田バンプ３と導電性接着剤４の接合界面において、半田バンプ３と電気的接続を保っている接合界面上の導電粒子４ａは、実装時や実装後の加熱により拡散が進行し、接合界面の導電粒子４ａは半田バンプ３中に取り込まれて消失し、半田バンプ３と導電性接着剤４の電気的接続が得られなくなる問題が発生するためである。一例を示すと、導電粒子４ａにＡｇを用いた場合では、接合界面のＡｇ粒子は半田バンプ３中に取り込まれて消失し、半田バンプ３の中で、Ｓｎと結合してＡｇ３Ｓｎの金属間化合物として存在する。そこで、導電粒子４ａの中にあらかじめ金属間化合物を用いることで、実装後の拡散による接合界面の導電粒子４ａの消失を防止し、接続信頼性の高いバンプ接合構造を得ることが出来る。導電粒子として添加する金属間化合物の一例としては、ＡｕＳｎ、Ａｇ３Ｓｎ、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５等が挙げられる。ここで、半田バンプ３と導電性接着剤４中の導電粒子４ａとの接合状態に関して、半田が導電粒子４ａに溶融接合していることが望ましい。その理由は、接合界面の密着力に関して言えば、絶縁樹脂４ｂと半田との接着力に加えて、半田と導電粒子４ａの溶融接合による結合力が得られるために界面の接合強度が飛躍的に向上し、接合信頼性が向上することと、溶融接合することで接合界面における導通抵抗が少ない良好な接合界面を得られるためである。この効果により、従来、導電性接着剤による接続の課題であった電気抵抗の低減と密着強度向上の両立を容易に実現することが可能となる。さらに望ましくは、金属間化合物からなる導電粒子４ａの周囲には、導電率のよい金属層を形成した方がよい。その理由は、導電性接着剤４中の導電粒子４ａどうしの導通において、金属間化合物自身よりも導電率のよい金属層を形成することにより、導電性接着剤中の導通抵抗を低減することが可能となるからである。金属層の材料としては、Ａｕ、Ｃｕ等が挙げられる。導電粒子４ａの平均粒径は、１０μｍ程度で、周囲に金属層を形成する場合、金属層厚さは０．１μｍ以下が目安となるが、バンプピッチが微細の場合には、粒径を小さくすることもある。導通抵抗の低減のために、導電粒子４ａとしてＳｎを含む金属間化合物の外にこれより電気伝導度の高い金属からなる金属粒子を含むようにすることが望ましい。そのための金属材料としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ-Ｐｄ合金が挙げられる。Ｓｎを含む金属間化合物より電気伝導度の高い金属の導電粒子の導電粒子全体におけるｗｔ％は、5〜30％の範囲であることが望ましい。これ以下であると導通抵抗の低減効果が少なく、またこれ以上にＡｇ、Ａｕ等の比率が高まると、半田に取り込まれる導電粒子が多くなって導通抵抗の上昇を招くからである。導電性接着剤バンプに添加されている導電粒子４ａの量に関しては、粒子形状や粒子材質、製造方法等により異なるので、一概に規定することは出来ないが、一例を挙げるとすれば、樹脂に対する導電粒子の体積比率で考えた場合、２０〜５０％であることが望ましい。
【００１６】
半導体素子の微細化が進み、電極端子１ｂが一層微細化されると、半導体基板１ａと基板２ａの熱膨張係数差により熱応力で半田バンプや配線が破壊する可能性がある。この場合は、半田バンプの周囲、つまり半導体素子１と実装基板２との隙間をアンダーフィル樹脂にて封止して、バンプ接合部を保護することが有効である。アンダーフィル樹脂には、導電性接着剤の絶縁樹脂同様、エポキシ樹脂を用いることが一般的であるが、アンダーフィル樹脂の熱膨張係数低下や弾性率の向上を図るためにシリカフィラー等を添加してもよい。また、アンダーフィル樹脂による封止方法として、特に半導体素子１を搭載する前にあらかじめ実装基板２上にアンダーフィル形成用樹脂を塗布しておく場合、アンダーフィル形成用樹脂が酸化膜除去作用を含んでいることが望ましい。その理由は、実装時に半田バンプ３の酸化膜を除去することで、半田バンプと導電粒子４ａの良好な溶融接合を実現することができるからである。アンダーフィル形成用樹脂に酸化膜除去作用を付加する手段は、上述した導電性接着剤の絶縁樹脂に酸化膜除去作用を付加する場合と同様の手段を用いることが出来る。
以上説明した実施の形態は、半導体素子１側に半田バンプを形成するものであったが、逆に、実装基板２側に半田バンプを設けるようにしてもよい。
【００１７】
〔第２の実施の形態（実装構造）〕
図３は、本発明の実装構造の第２の実施の形態を示す要部断面図である。図３において、第１の実施の形態を示す図１と同等の部材には同一の参照符号が付せられている。本実施の形態の実装構造は、図１に示した構造に対して、実装基板２の電極パッド２ｂ上にも半田バンプ５を形成した構造である。実装基板２側への半田バンプの形成方法および半田材質については、上述した半導体素子１側の半田バンプ３の場合と同様である。また、半田材質に関しては、半導体素子側の半田バンプ３と同じであることが望ましい。その理由は、導電性接着剤４中の導電粒子４ａと半田バンプ３および半田バンプ５をそれぞれの接合界面において溶融接合させる場合、材質が同じであれば、融点も同じになるので、一度のプロセスで両方の溶融接合を行なうことが出来るため効率的であるからである。
また、本実施の形態の構造のようにバンプ構成を半田バンプ３、導電性接着剤４、半田バンプ５のような３層構造とすることで、導電性接着剤４の接合界面を全て半田とし、かつ溶融接合とすることが出来るため、接合界面における導通抵抗の低減と密着力の向上を同時に実現でき、強固でかつ導通抵抗の低い導電性接着剤接合構造を得ることが可能となる。この点は従来導電性接着剤接続では両立が難しい課題であった。その理由は、界面の導通抵抗を低減させようとした場合、導電粒子とバンプの接触面積を増やす必要があるが、接触による導通の場合、導通部分では接着力は得られないため、接着力は導電性接着剤の絶縁樹脂と半田バンプの接着力のみとなる。従って接着力を増すために絶縁樹脂と半田バンプの接触面積を増やせば、必然的に導電粒子と半田バンプの接触面積が減ることとなるためである。
また、本実施の形態の実装構造においても、図１に示す第１の実施の形態の構造と同様、半導体素子１と実装基板２との隙間をアンダーフィル樹脂にて封止して、バンプ接合部を保護することができる。
【００１８】
〔第１の実施の形態（実装方法）〕
次に、本発明の実装構造を実現するための実装方法について説明する。図４は、本発明の実装方法の第１の実施の形態を示す工程順の断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、半導体素子１および実装基板２を用意し、半導体素子１の電極端子上に半田バンプ３を、実装基板２の電極パッド上に半田バンプ５を形成する。半田バンプの形成方法は、フラックスを含んだ半田ペーストをメタルマスク等を使用して電極端子（電極パッド）上に印刷し、リフローしたのちにフラックス洗浄する方法でもよいし、電極端子（電極パッド）上に塗布したフラックスにハンダボールを転写して、リフローした後にフラックス洗浄を行なう方法でもよい。なお、図４（ａ）では、半導体素子１側および実装基板２側に半田バンプを形成しているが、どちらか一方にのみ半田バンプを形成した場合でも、以下に説明する本実施の形態の実装方法を用いることが出来る。続いて、実装基板２側の電極部分に導電性接着剤４を供給する。供給方法はメタルマスクを用いた印刷による供給が一般的であるが、ディスペンサー等を用いて供給することも可能である。導電性接着剤は、半導体素子１側に供給するようにしてもよい。あるいは、半導体素子１側と実装基板２側の双方に供給するようにしてもよい。この段階では、導電性接着剤４は、未硬化の状態にしておく。次に、図４（ｂ）に示すように、半導体素子１と実装基板２を位置合わせ後、半導体素子１を実装基板２上に搭載する。このとき、半導体素子側の半田バンプ３と実装基板側の半田バンプ５が接触しないようにマウンタの搭載高さ位置制御機能を使って、高さ調整を行なう。
【００１９】
続いて導電性接着剤４の硬化を進める工程に移行するが、この後の工程での実装方法は２通りあるので、それぞれについて説明する。まず、１つめの方法は、高さ制御を行なった状態で半田バンプを溶融温度まで加熱し、半田バンプを溶融させながら導電性接着剤４の硬化を進める。このとき、溶融した半導体素子側および実装基板側の半田バンプは、導電性接着剤４中の導電粒子４ａと溶融接合し、かつ絶縁樹脂４ｂが硬化することで、半導体素子１と実装基板２は半田バンプ３、導電性接着剤４、半田バンプ５の３層構造のバンプを介して電気的に接合される。続いて、アンダーフィル樹脂６を毛細管現象を利用し、半導体素子１と実装基板２の隙間に注入したのち、アンダーフィル樹脂６を硬化することで、図４（ｃ）に示される本発明の実装構造を得ることができる。
続いて、２つめの方法について説明する。この方法の場合、半導体素子１を実装基板２上に搭載した後、高さ制御を行なった状態で導電性接着剤４の硬化を進めるが、硬化温度は半田バンプの融点よりも低い温度で行なう。次に、アンダーフィル樹脂６を毛細管現象を利用し、半導体素子１と実装基板２の隙間に注入したのち、アンダーフィル樹脂６を硬化する。次に、半田バンプを融点以上に加熱して半田バンプ３および半田バンプ５を溶融させ、半田バンプと接触状態である導電粒子４ａと溶融接合させることで、図４（ｃ）に示される本発明の実装構造が完成する。
【００２０】
〔第２の実施の形態（実装方法）〕
図５は、本発明の実装方法の第２の実施の形態を示す工程順の断面図である。まず、図５（ａ）に示すように、半導体素子１および実装基板２を用意し、半導体素子1の電極端子上に半田バンプ３を形成し、実装基板２側に導電性接着剤４を供給する。半田バンプは、実装基板２側に形成するようにしてもよい。あるいは、半導体素子１側と実装基板２側の双方に形成するようにしてもよい。導電性接着剤は、半導体素子１側に供給するようにしてもよい。あるいは、半導体素子１側と実装基板２側の双方に供給するようにしてもよい。半田バンプ３の形成方法および導電性接着剤４の供給方法は、上述した図４での実装方法の場合と同様である。続いて、実装基板２側に塗布した導電性接着剤の硬化をわずかに進める。具体的には導電性接着剤絶縁樹脂がエポキシ樹脂の場合、１５０℃で６０〜１２０秒程度がよい。この導電性接着剤４の硬化をわずかに進める工程は、実装基板上にアンダーフィル樹脂６を塗布した際に導電性接着剤４とアンダーフィル樹脂６が混ざり合わないようにするために必要となる。続いて、実装基板２側の半導体素子１の搭載箇所にアンダーフィル樹脂６を塗布する。然る後、半導体素子１と実装基板２を位置合わせ後、半導体素子１を実装基板２上に搭載する。その後、加熱を行ない、導電性接着剤４とアンダーフィル樹脂６を硬化させるが、加熱の方法は半田バンプ３の融点以上に加熱し、樹脂硬化工程と同時に半田バンプ３と導電粒子４ａを溶融接合させてもよいし、導電性接着剤４とアンダーフィル樹脂６の硬化工程では、半田バンプ３の融点以下の温度で硬化し、硬化後に半田バンプ３の融点以上の温度に加熱して、半田バンプ３と導電粒子４ａを溶融接合させてもよい。以上の方法により、図５（ｂ）に示される本発明の実装構造が完成する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の実装構造を示す断面図。
【図２】図１の、半田バンプと導電性接着剤の接合界面部分の拡大図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の実装構造を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の実装方法を示す工程順の断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の実装方法を示す工程順の断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１ 半導体素子
１ａ 半導体基板
１ｂ 電極端子
２ 実装基板
２ａ 基板
２ｂ 電極パッド
２ｃ ソルダーレジスト
３、５ 半田バンプ
４ 導電性接着剤
４ａ 導電粒子
４ｂ 絶縁樹脂
６ アンダーフィル樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとが半田バンプと導電性接着剤を介して接続されている電子部品の実装構造において、電極端子と電極パッドとのいずれか一方または両方に半田バンプが形成され、半田バンプと電極パッド若しくは電極端子が、または、半田バンプ同士が導電性接着剤を介して接続されており、半田バンプと導電性接着剤の接合界面は、半田が導電性接着剤中の導電粒子と溶融接合していることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項２】
前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、金属間化合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
【請求項３】
前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、前記半田バンプの主要構成金属を構成要素とする金属間化合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
【請求項４】
前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、Ｓｎを構成要素とする金属間化合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
【請求項５】
前記金属間化合物の周囲は金属層で被覆されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の電子部品の実装構造。
【請求項６】
前記導電粒子は、前記金属間化合物の外に前記金属間化合物より電気伝導性の良好な金属の良伝導性導電粒子を含んでいることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の電子部品の実装構造。
【請求項７】
前記導電性接着剤の基材となる絶縁樹脂は、酸化膜を除去する成分を含んでいることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電子部品の実装構造。
【請求項８】
前記半田バンプおよび前記導電性接着剤の周囲はアンダーフィル樹脂により封止されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電子部品の実装構造。
【請求項９】
前記アンダーフィル樹脂は、酸化膜を除去する成分を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の電子部品の実装構造。
【請求項１０】
電子部品に電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、半田バンプを溶融させて導電性接着剤の導電粒子と溶融接合させると共に導電性接着剤の硬化を進める工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項１１】
電子部品電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、導電性接着剤の硬化を進める工程と、電子部品と実装基板の隙間にアンダーフィル樹脂を注入する工程と、半田バンプを溶融させて導電性接着剤の導電粒子と溶融接合させる工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項１２】
電子部品の電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給し一定程度硬化を進める工程と、実装基板上にアンダーフィル樹脂を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、半田バンプを溶融させて導電粒子と溶融接合させる工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項１】
電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとが半田バンプと導電性接着剤を介して接続されている電子部品の実装構造において、電極端子と電極パッドとのいずれか一方または両方に半田バンプが形成され、半田バンプと電極パッド若しくは電極端子が、または、半田バンプ同士が導電性接着剤を介して接続されており、半田バンプと導電性接着剤の接合界面は、半田が導電性接着剤中の導電粒子と溶融接合していることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項２】
前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、金属間化合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
【請求項３】
前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、前記半田バンプの主要構成金属を構成要素とする金属間化合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
【請求項４】
前記導電性接着剤中に含まれている導電粒子は、Ｓｎを構成要素とする金属間化合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
【請求項５】
前記金属間化合物の周囲は金属層で被覆されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の電子部品の実装構造。
【請求項６】
前記導電粒子は、前記金属間化合物の外に前記金属間化合物より電気伝導性の良好な金属の良伝導性導電粒子を含んでいることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の電子部品の実装構造。
【請求項７】
前記導電性接着剤の基材となる絶縁樹脂は、酸化膜を除去する成分を含んでいることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電子部品の実装構造。
【請求項８】
前記半田バンプおよび前記導電性接着剤の周囲はアンダーフィル樹脂により封止されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電子部品の実装構造。
【請求項９】
前記アンダーフィル樹脂は、酸化膜を除去する成分を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の電子部品の実装構造。
【請求項１０】
電子部品に電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、半田バンプを溶融させて導電性接着剤の導電粒子と溶融接合させると共に導電性接着剤の硬化を進める工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項１１】
電子部品電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、導電性接着剤の硬化を進める工程と、電子部品と実装基板の隙間にアンダーフィル樹脂を注入する工程と、半田バンプを溶融させて導電性接着剤の導電粒子と溶融接合させる工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項１２】
電子部品の電極端子あるいは実装基板の電極パッドの少なくとも一方に、半田バンプを形成する工程と、電子部品および実装基板の一方あるいは両方の電極に導電性接着剤を供給し一定程度硬化を進める工程と、実装基板上にアンダーフィル樹脂を供給する工程と、実装基板上に位置合わせして電子部品を搭載して、電子部品の電極端子と実装基板の電極パッドとを半田バンプと導電性接着剤を介して接続する工程と、半田バンプを溶融させて導電粒子と溶融接合させる工程と、を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−９９６６９（Ｐ２００９−９９６６９Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６７８９０（Ｐ２００７−２６７８９０）
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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