電気的接続体及びその製造方法
【課題】 異方性導電膜に含まれる導電性粒子の粒子径が小さい場合であっても、これを均一に潰すことが可能であり、良好な導通特性を得ることが可能な電気的接続体を提供する。
【解決手段】 電気的接続体は、第１の電子部材である半導体素子１と第２の電子部材である配線基板３とが異方性導電膜５を介して電気的に接続されて構成される。いずれか一方の電子部材（ここでは半導体素子１）には、バンプ（突起電極）２が形成されており、バンプ２の頂部は、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされている。異方性導電膜５に含まれる導電性粒子６の平均粒径は、４μｍ以下である。
【解決手段】 電気的接続体は、第１の電子部材である半導体素子１と第２の電子部材である配線基板３とが異方性導電膜５を介して電気的に接続されて構成される。いずれか一方の電子部材（ここでは半導体素子１）には、バンプ（突起電極）２が形成されており、バンプ２の頂部は、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされている。異方性導電膜５に含まれる導電性粒子６の平均粒径は、４μｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や電子基板等の電子部材同士が電気的に接続された電気的接続体に関し、特に、突起電極（バンプ）及び異方性導電膜を利用して電気的な接続を行った電気的接続体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば半導体素子等の電子部材を配線基板に実装する場合には、ワイヤボンディングによって半導体素子の端子電極と配線基板の電極とを電気的に接続することが広く行われている。ただし、この種のワイヤボンディングによる接続では、電極間を１つ１つボンディングワイヤで接続しなければならず接続工程が煩雑であること、高密度実装にともなう端子電極の微細化、狭いピッチ化等への対応が困難であること等の問題があり、その改善が望まれている。
【０００３】
このような状況から、半導体素子をいわゆるフェースダウン状態で配線基板上に実装するフリップチップ実装法が提案されている。このフリップチップ実装法は、半導体素子の端子電極、あるいは配線基板の電極のいずれか一方に、バンプと称される突起電極を形成し、この突起電極が他方の電極と対向するように配置し、一括して電気的に接続する方法である。突起電極は、ＡｕやＣｕ、半田等をメッキすることによって形成され、その高さは数μｍ〜数十μｍ程度である。
【０００４】
このようなフリップチップ実装法においては、接続信頼性を高めること等を目的に、異方性導電膜が用いられている。異方性導電膜は、接着剤として機能する絶縁性の樹脂中に導電性粒子を分散したものであり、突起電極と対向する電極間にこれを挟み込み、加熱、加圧すると導電性粒子が電極間で押し潰され、電気的な接続が図られる。突起電極のない部分では、導電性粒子は絶縁性の樹脂中に分散した状態が維持され、電気的に絶縁された状態が保たれるので、突起電極のある部分でのみ電気的導通が図られることになる。
【０００５】
異方性導電膜を用いたフリップチップ実装法によれば、上述したように、多数の電極間を一括して電気的に接続することが可能であり、ワイヤボンディングのように電極間を１つ１つボンディングワイヤで接続する必要はなく、また高密度実装にともなう端子電極の微細化、狭いピッチ化等への対応も比較的容易である。
【０００６】
このような異方性導電膜を用いたフリップチップ実装法では、電気的接続の信頼性の確保のため、突起電極上における導電性粒子の捕捉性を高めることが必要であり、各方面で検討が進められている。例えば、突起電極の高さが不均一であると接続に問題が生じるため、突起電極の高さを均一にする技術が提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献６等参照。）。
【０００７】
具体的には、特許文献１には、電極部を有する半導体素子を、電極パターンを有する基板上に実装する方法が開示されている。特に、この実装方法においては、半導体素子の電極部に半導体素子表面よりも突出した導電性の突出部を設け、この突出部を剛体表面に一旦押しつけ、基板若しくは半導体素子の少なくとも一方に接着用樹脂を塗布し、突出部と電極パターンとが接触するように半導体素子と基板とを加圧して接合させた後、接着用樹脂を硬化させるようにしている。
【０００８】
また、特許文献２には、基板表面に形成された多数の電路の上に半導体素子の電極との接合に用いるバンプを形成する方法であって、バンプが加圧によって高さの揃ったものとされていることを特徴とするバンプの製法が開示されている。
【０００９】
さらに、特許文献３には、内部に導体が充填されたスルーホールを有するセラミック回路基板の少なくともバンプ形成面を研磨し、表面に露出したスルーホール導体上に金属小片をろう付けすることを特徴とするバンプ付き基板の製造方法が開示されている。
【００１０】
さらにまた、特許文献４には、下層に銀メッキ層を設けるとともに、その上層にニッケルメッキ層を設け、さらにその上層に金メッキ層を設けた構成を有するリード表面において、フェースダウンボンディングによって搭載される半導体装置の電極パッドと対向する部分に金メッキによって柱状の突起電極を形成し、且つ、この突起電極を半導体装置実装基板の上方向から平板によって押圧して、半導体装置の電極パッドとの接触面となる複数個の突起電極の表面を、同一平面内に一致させるように平坦化する技術が開示されている。
【００１１】
また、特許文献５には、はんだ突起電極の高さを揃えることにより実装不良を低減し、電気接続抵抗を低減するとともに接続強度を向上させることを目的として、はんだ突起電極に対して接触することによって電気特性検査を行った後に、はんだ突起電極の少なくとも頂部を研磨処理する技術が開示されている。
【００１２】
さらに、特許文献６には、バンプの高さを効率よく揃えることを目的として、撮像手段がバンプの頂部に焦点を合わせるとともに、そのときの切削手段の位置を原点とし、その原点を基準として切削手段を駆動してバンプの切削を行う技術が開示されている。
【００１３】
また、これら特許文献１乃至特許文献６に記載された技術の他、突起電極と接続端子との間において、導電性粒子の捕捉性を高めるために、突起電極に凹凸を形成することも試みられている（例えば、特許文献７乃至特許文献１０等参照。）。
【００１４】
例えば、特許文献７には、液晶セルの電極とフレキシブル基板の電極とを接続してなる液晶表示装置において、フレキシブル基板の電極は、粗面化した表面を有することを特徴とする液晶表示装置が開示されている。
【００１５】
また、特許文献８には、砥粒を有する研磨シートを備えた平面土台の上に、バンプが研磨シートに当接するように、半導体装置（ＩＣ基板）をフェースダウンで設置し、半導体装置を平面土台に押圧しながら、押圧する方向に垂直な平面内で平面土台を超音波振動させることによってバンプの先端面に凹凸面を形成することが開示されている。
【００１６】
さらに、特許文献９には、半導体装置の電極上に金バンプを形成する工程と、回路基板上に異方性導電膜を貼り付ける工程と、金バンプよりも硬い材料からなり異方性導電膜の導電粒子の径よりも小さい凹凸が形成された押圧用基板を、半導体装置の金バンプの先端面に押圧することにより、金バンプの先端面に凹凸部を形成する工程と、金バンプと回路基板の電極とを位置合わせした後、半導体装置を異方性導電膜を貼り付けた回路基板に押圧して加熱する工程とを備える半導体装置の実装方法が開示されている。
【００１７】
さらにまた、特許文献１０には、バンプ電極の形成に際して、配線電極上に予めパッシベーション膜からなる錐状あるいは台形状の凸部を複数設け、この状態でバンプ下地金属層を堆積し、さらにその上にメッキ成長によって金電極を形成してバンプ電極とする技術が開示されている。これにより、バンプ電極の電極表面には、配線電極上に設けた凹凸部に対応して、凹凸部が形成されることになる。
【００１８】
【特許文献１】特開平１−２７８０３４号公報
【特許文献２】特開平１−２９５４３３号公報
【特許文献３】特開平４−３３３９５号公報
【特許文献４】特開平５−２９１２６２号公報
【特許文献５】特開２０００−１１４３１３号公報
【特許文献６】特開２００６−３２４３９７号公報
【特許文献７】実開昭６３−１７４３２８号公報
【特許文献８】特開平６−２８３５３７号公報
【特許文献９】特開平１１−１６９４６号公報
【特許文献１０】特開２００４−１４７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、上述したフリップチップ実装に用いられる異方性導電膜において、導電性粒子の粒径は、通常５μｍ〜１０μｍの範囲とされているが、近年のファインピッチの要請に対応するため、導電性粒子の割合を少なくするか、導電性粒子の粒子径を小さくすることが求められている。例えば、導電性粒子の割合が多く、また、導電性粒子の粒子径が大きいと、ファインピッチのフリップチップ実装において、突起電極間に導電性粒子が詰まり、電気的な短絡（ショート）が発生するという問題が生じる。
【００２０】
この場合、導電性粒子の割合を少なくすることは、導電性粒子の捕捉性に直結するため、導電性粒子の粒子径を小さくすることが妥当である。導電性粒子の粒子径を小さくすれば、突起電極間の隙間の導電性粒子は、絶縁性の樹脂（接着剤）中に分散された状態となり、突起電極間で導電性粒子同士が接触することによるショートの問題は回避される。
【００２１】
しかしながら、導電性粒子の粒子径を小さくした場合には、突起電極の高さのバラツキや実装精度等により、導電性粒子が均一に潰れず、導通抵抗が不安定になる現象が発生しやすいという問題が新たに発生する。各突起電極の表面の高さには±２μｍ程度のバラツキがあり（従来の突起電極の表面粗さＲａは０．３μｍ程度であり）、例えば導電性粒子の平均粒子径が４μｍ以下になると、均一に押し潰すことは困難である。
【００２２】
このような導電性粒子の小径化を考えた場合、上述した特許文献１乃至特許文献６に記載された技術のような、突起電極の高さを均一にする技術では対応することができない。これら特許文献１乃至特許文献６に記載された技術においては、突起電極間の高さのバラツキを小さくすることはできるものの、突起電極頂部（先端平面部）の表面粗さに起因する高さのバラツキは解消することができず、突起電極頂部には表面粗さによるバラツキが存在することになる。したがって、導電性粒子の粒子径が小さくなると、突起電極上の導電性粒子が均一に潰れないという問題は解決されないままである。
【００２３】
一方、上述した特許文献７乃至特許文献１０に記載された技術のように、導電性粒子の捕捉性を高めるために突起電極に凹凸を形成する技術では、突起電極の表面粗さを大きくする方向であり、この場合、捕捉した導電性粒子が凹凸内に入り込むため均一に潰すことができず、導電性粒子の小径化に対応することは困難である。
【００２４】
また、半導体素子等を実装する際には、突起電極の硬度が均一となるように調整する目的でアニール処理を行うことが通常である。しかしながら、突起電極は、その頂部を切削等の処理を行うことによって表面粗さを低減できたとしても、アニール処理を行うことによって表面粗さが大幅に増大してしまうという問題もあった。
【００２５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、異方性導電膜に含まれる導電性粒子の粒子径が小さい場合であっても、これを均一に潰すことが可能であり、アニール処理を行うか否かにかかわらず、良好な導通特性を得ることが可能な電気的接続体及びその製造方法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】
【００２６】
本願発明者は、上述した目的を達成するために、長期に亘り鋭意検討を重ねてきた。その結果、突起電極の表面に凹凸を形成した場合、導電性粒子の捕捉性については向上するケースもあるが、むしろ凹凸によって突起電極の周囲に位置する部分の導電性粒子に十分な圧力が伝わらず、突起電極上の導電性粒子が均一に潰れないこと、逆に突起電極の表面を格別平滑にすることで、導電性粒子の粒径が小さい場合に、潰れによって有効に作用する導電性粒子の割合が増え、捕捉性についてもほとんど問題がないことを見出すに至った。
【００２７】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。すなわち、上述した目的を達成する本発明にかかる電気的接続体は、第１の電子部材と第２の電子部材とが異方性導電膜を介して電気的に接続されてなる電気的接続体であって、いずれか一方の電子部材には突起電極が形成されており、前記突起電極の頂部は、アニール処理後の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされていることを特徴としている。
【００２８】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる電気的接続体の製造方法は、第１の電子部材と第２の電子部材とのいずれか一方に、メッキによって頂部の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされた突起電極を形成する工程と、前記第１の電子部材と前記第２の電子部材との間に異方性導電膜を介在させる工程と、押圧によって前記突起電極と対向する異方性導電膜の導電性粒子を押し潰し、前記第１の電子部材と前記第２の電子部材とを電気的に接続する工程とを備えることを特徴としている。
【００２９】
粒径の小さな導電性粒子が分散された異方性導電膜を用いた場合、突起電極の表面粗さＲａが大きく、表面に凹凸が形成されていると、第１の電子部材と第２の電子部材との間に異方性導電膜を挟み込んで、前記突起電極と対向する電極の間で前記異方性導電膜を押圧した際に、突起電極の表面の例えば凹部に入り込んだ導電性粒子に圧力が十分に伝わらず、十分に潰れない。導電性粒子が十分に潰れないと、電気的な接触面積等が不足して、導通信頼性を確保することは難しい。
【００３０】
これに対して、本発明においては、突起電極の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下とされ、極めて平滑な状態とされている。特に、本発明においては、アニール処理後においても表面粗さＲａが０．０５μｍ以下とされ、アニール処理を行うか否かにかかわらず、突起電極の頂部が極めて平滑な状態を維持することができる。したがって、導電性粒子の粒径が小さくても各導電性粒子に均一に圧力が加わり、均一な粒子変形が実現される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、異方性導電膜に含まれる導電性粒子の粒子径が小さい場合にも、これを均一に潰すことが可能で、良好な導通特性を得ることが可能である。したがって、本発明によれば、導通信頼性に優れた電気的接続体を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書においては、バンプと突起電極とは同義として取り扱うものとする。
【００３３】
図１は、電気的接続体の一例を示すものである。電気的接続体は、例えば半導体素子等の電子部材を、配線基板等の電子部材と電気的及び機械的に接続固定したものである。ここでは、第１の電子部材が半導体素子（ＩＣチップ）であり、第２の電子部材が配線基板である場合を例にして説明する。
【００３４】
図１において、第１の電子部材である半導体素子１には、接続端子としてバンプ（突起電極）２が形成されている。一方、第２の電子部材である配線基板３には、バンプ２と対向する位置に電極４が形成されている。半導体素子１と配線基板３との間には、異方性導電膜５が介在され、バンプ２と電極４とが対向する部分では、この異方性導電膜５に含まれる導電性粒子６が押し潰され、電気的な導通が図られている。
【００３５】
バンプ２は、例えばＡｕやＣｕ、半田等の導電性金属によって形成され、その高さは、５μｍから５０μｍ程度である。バンプ２は、メッキ等によって形成することができ、例えば表面のみを金メッキとすることも可能である。バンプ２は、後述するように、表面平滑性が要求され、このような観点からも金メッキとすることが好ましい。
【００３６】
このような構造の電気的接続体においては、半導体素子１に形成されたバンプ２の表面粗さが重要である。バンプ２の表面粗さが大きいと、例えば図２に模式的に示すように、一部の導電性粒子６がバンプ２の接続面の凹部２ａ内に入り込み、加圧しても圧力が加わらず、潰れない状態となって導通抵抗が不安定になる現象が発生しやすい。これに対して、バンプ２の接続面が平坦であれば、バンプ２と電極４との間に捕捉された全ての導電性粒子６が均一に押し潰され、導通信頼性が安定に確保される。
【００３７】
このような観点から、本発明においては、バンプ２の表面粗さを、中心線平均粗さＲａで０．０５μｍ以下とする。電気的接続体においては、この表面粗さＲａを０．０５μｍ以下とすることにより、例えば導電性粒子６の平均粒径が４μｍ以下であるような場合であっても、均一な粒子変形を実現することが可能となる。なお、バンプ２の表面粗さＲａは、導電性粒子６の平均粒子径を考慮して設定することが好ましく、特に０．０２μｍ以下であるのが好ましい。
【００３８】
バンプ２の表面粗さＲａは、例えばＴｅｎｃｏｒ社製サーフェースプロファイラー等の接触式測定器を用いることによって測定することができる。
【００３９】
ここで、電気的接続体においては、後の工程でアニール処理を行う場合には、仮にアニール処理前の表面粗さＲａを０．０５μｍ以下に形成できたとした場合であっても、アニール処理後に、表面粗さＲａが大幅に増大してしまうのが通常である。これに対して、本発明にかかる電気的接続体においては、バンプ２の形成時に、メッキの結晶状態を制御することにより、アニール処理前後にわたって、その表面粗さＲａを０．０５μｍ以下、より好ましくは０．０２μｍ以下に保つことを可能としている。
【００４０】
また、バンプ２は、表面粗さＲａの他、その硬度についても適正に設定することが好ましい。バンプ２の硬度は、バンプ２に使用する導電性材料の種類や、例えばメッキ形成する際の形成条件等に応じて設計することが可能であるが、導電性粒子６の均一な粒子変形を実現するためには、ビッカース硬度Ｈｖで４０〜１５０とすることが好ましい。電気的接続体においては、バンプ２のビッカース硬度Ｈｖを、この値の範囲内に設定することにより、導電性粒子６を押し潰す際に、加圧力が適正に導電性粒子６に伝わり、均一に押し潰すことが可能となる。
【００４１】
一方、電気的接続体において、バンプ２と電極４との間の電気的接続及び機械的固定を図るために用いられる異方性導電膜５は、絶縁性樹脂中に導電性粒子６を分散したものである。絶縁性樹脂としては、例えば、ウレタン樹脂やポリエステル樹脂、クロロプレン等の熱可塑性のホットメルト樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を使用することができる。また、例えばエポキシ樹脂としては、ＢＰＡ型エポキシ樹脂、ＢＰＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂や、ゴムやウレタン等の各種変成エポキシ樹脂等が例示され、これらを単独で用いても２種以上を混合して用いてもよい。
【００４２】
また、異方性導電膜５中に潜在性硬化剤を添加し、加熱を行って硬化剤を活性化するようにしてもよい。異方性導電膜５に潜在性硬化剤を添加することにより、起爆反応性を付与することが可能であり、接続の際の加熱操作により確実且つ速やかに硬化させることが可能となる。この場合、潜在性硬化剤としては、イミダゾール系の潜在性硬化剤等が使用可能であり、例えば表面処理されてマイクロカプセル化された商品名ノバキュアＨＸ３７４１（旭化成社製）、商品名ノバキュアＨＸ３９２１ＨＰ（旭化成社製）、商品名アミキュアＰＮ−２３（味の素社製）、商品名ＡＣＲハードナーＨ−３６１５（ＡＣＲ社製）等を挙げることができる。
【００４３】
異方性導電膜５に含まれる絶縁性樹脂の粘度が高いと、導通させるべき電極間から絶縁性樹脂を十分に排除できなくなり、導通信頼性が低下するおそれがある。また、異方性導電膜５に含まれる絶縁性樹脂の粘度が高くなった場合、接続すべき電極間の絶縁性樹脂を十分に排除するために熱硬化時のプレス圧力を高めることが必要となり、導電性粒子６のバンプ２や電極４へのあたりが強くなって、クラック等が発生するおそれもある。したがって、絶縁性樹脂は、異方性導電膜５の熱圧着温度における溶融粘度が１０８ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１０７ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。
【００４４】
一方、絶縁性樹脂の熱圧着時の溶融粘度が低くなりすぎると、導電性粒子６が導通させるべき電極間が逃げやすくなり、捕捉性の点で問題が生じるおそれがある。したがって、絶縁性樹脂は、異方性導電膜５の熱圧着温度における溶融粘度が１０ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましい。
【００４５】
異方性導電膜５を構成する導電性粒子６としては、この種の異方性導電膜において使用されている公知の導電性粒子をいずれも使用することができる。例えば、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、鉛、クロム、コバルト、銀、金など各種金属や金属合金の粒子、金属酸化物、カーボン、グラファイト、ガラスやセラミック、プラスチック等の粒子の表面に金属をコートしたもの、あるいはこれらの粒子の表面にさらに絶縁薄膜をコートしたもの等を使用することができる。
【００４６】
ただし、本発明にかかる電気的接続体においては、導電性粒子６が電極間で押し潰されることが必要であるため、樹脂粒子の表面に金属をコートしたものが好適である。この場合、樹脂粒子としては、２０％圧縮変形時の圧縮硬さが、１００〜１０００ｋｇｆ／ｍｍ２（１ｋｇｆ／ｍｍ２＝９．８０６６５ＭＰａ）のものを用いることが好ましい。樹脂粒子の２０％圧縮変形時のＫ値が１０００ｋｇｆ／ｍｍ２よりも大きいと、樹脂粒子が適度に潰れないため電極表面の高さのバラツキを吸収することができず、また、加圧の際に高い圧力が必要になるとともに、導電性粒子６の反発力が大きくなり界面剥離を起こす等の不都合が生じるおそれもある。
【００４７】
このような要求を満たす樹脂粒子としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、スチレン系樹脂等の粒子を挙げることができる。
【００４８】
導電性粒子６の平均粒径は任意であるが、平均粒径が４μｍ以下の導電性粒子６を用いた場合に本発明の効果が大きい。したがって、導電性粒子６の平均粒径は、１μｍ〜４μｍとするのが好適である。また、突起電極の頂部の平坦化にともない、導電性粒子の粒子径のバラツキが、導電性粒子の硬度によっては影響を受ける場合がある。本発明の場合、導電性粒子の平均粒子径の±１μｍの範囲に全粒子の９０％以上が含まれているのが好適である。
【００４９】
以上のような構成を備える電気的接続体においては、異方性導電膜５に含まれる導電性粒子６の粒子径が例えば４μｍ以下と小さい場合であっても、均一に押し潰すことが可能であり、良好な導通特性を得ることが可能である。したがって、導通信頼性に優れた電気的接続体を実現することができる。
【００５０】
つぎに、上述した電気的接続体の製造方法について説明する。上述した構成の電気的接続体を作製するには、まず、半導体素子１の電極上にバンプ２を形成する必要がある。このバンプ２は、メッキ等の手法によって形成するが、アニール処理前後における表面粗さＲａを０．０５μｍとするためには、金メッキとすることが好ましく、また、メッキ条件を選定することにより、形成されるバンプ２の表面が平滑になるようにする必要がある。
【００５１】
ここで、金メッキにおいては、結晶状態を制御し、形成されるバンプ２の表面を平滑にするために、以下のような金メッキ液が使用される。
【００５２】
金メッキ液は、
ａ）金化合物
ｂ）伝導塩・緩衝剤
ｃ）結晶成長剤
ｄ）有機光沢剤
等を基本的な組成として構成される。金化合物としては、例えば、亜硫酸金塩やシアン化金塩等がある。また、伝導塩・緩衝剤としては、亜硫酸塩、リン酸塩、クエン酸塩、蓚酸塩、硫酸塩、ホウ酸塩、塩酸塩、アミン塩、キレート剤等がある。さらに、結晶成長剤としては、Ｔｌ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｂ等がある。さらにまた、有機光沢剤としては、ＮＨ基を有する高分子、すなわち、エトキシ化ポリエチレンイミン（ＰＥＩＥ）、ポリアルキルイミン（ＰＡＩ）、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）等がある。これらの液組成から得られた金メッキは、析出物が緻密で光沢性があり、本発明にて形成されるバンプ２の表面を平滑にする用途に極めて適している。
【００５３】
バンプ２の形成の後、半導体素子１のバンプ２と配線基板３の電極４との間の接続を行うが、この場合には、例えば、配線基板３の表面に異方性導電膜５を貼付し、位置合わせ及び仮接続を行った後に、所定の温度及び圧力で熱圧着を行うことによって導電性粒子６を押し潰し、半導体素子１のバンプ２と配線基板３の電極４とを電気的に接続させた状態で異方性導電膜５を構成する絶縁性樹脂を硬化させる。熱圧着の際の温度及び圧力は、使用する異方性導電膜５の種類等によっても異なるが、例えば温度１８０℃〜２２０℃、圧力３０ＭＰａ〜１２０ＭＰａとすることが好ましい。
【００５４】
以上の工程を経ることにより、異方性導電膜５に含まれる導電性粒子６の粒子径が小さい場合であっても、これを均一に潰すことが可能であり、作製される電気的接続体において、良好な導通特性を得ることが可能である。
【００５５】
［実施例］
つぎに、本発明を適用した電気的接続体の具体的な実施について、実験結果に基づいて説明する。
【００５６】
（実施例１）
バンプの表面粗さＲａの相違による導電性粒子の捕捉性及び潰れ状態を評価するために、異方性導電膜を介してバンプ付きＩＣをガラスに実装した。異方性導電膜は、バインダー成分に導電性粒子を約３００万個／ｍｍ３となるように配合し、これをフィルム化して形成した。各成分の内訳は以下のとおりである。
エポキシ樹脂 ： ジャパンエポキシレジン社製、商品名ＥＰ８２８ ３０重量部
フェノキシ樹脂： ＩｎＣｈｅｍ社製、商品名ＰＫＨＨ ４０重量部
エポキシ硬化剤： 旭化成社製、商品名ＨＸ３９４１ＨＰ ３０重量部
導電性粒子 ： Ｎｉ／Ａｕメッキ樹脂粒子
なお、導電性粒子として平均粒径４μｍの導電性粒子と平均粒径２μｍの導電性粒子を用い、２種類の異方性導電膜（異方性導電膜Ａ及び異方性導電膜Ｂ）を作製した。
【００５７】
バンプ付きＩＣのバンプは、金メッキによって形成した。この金メッキは、日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース社製、商品名ミクロファブＡｕ３１０を金メッキ液として用い、メッキ温度５０℃、電流密度０．４Ａ／ｄｍ２の条件で行った。この結果得られたバンプの接続面の表面粗さＲａは、０．０１０５μｍであった。実装の際の圧着条件は、到達温度２００℃、圧力４０ＭＰａ、時間５秒とした。
【００５８】
（実施例２）
実施例１の金メッキ液及びメッキ条件を変更してバンプ付きＩＣを作製した。金メッキは、日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース社製、商品名ニュートロネクス２４０を金メッキ液として用い、メッキ温度６５℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ２の条件で行った。この結果得られたバンプの接続面の表面粗さＲａは、０．００４μｍであった。他は実施例１と同様の条件で、異方性導電膜を介してバンプ付きＩＣをガラスに実装した。
【００５９】
（比較例１）
実施例１及び実施例２の金メッキ液及びメッキ条件を変更してバンプ付きＩＣを作製した。金メッキは、日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース社製、商品名ミクロファブＡｕ１００を金メッキ液として用い、メッキ温度６０℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ２の条件で行った。この結果得られたバンプの接続面の表面粗さＲａは、０．２９８μｍであった。他は実施例１と同様の条件で、異方性導電膜を介してバンプ付きＩＣをガラスに実装した。
【００６０】
（比較例２）
実施例１及び実施例２並びに比較例１の金メッキ液及びメッキ条件を変更してバンプ付きＩＣを作製した。金メッキは、日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース社製、商品名ミクロファブＡｕ６６０を金メッキ液として用い、メッキ温度６０℃、電流密度０．８Ａ／ｄｍ２の条件で行った。この結果得られたバンプの接続面の表面粗さＲａは、０．１３０μｍであった。他は実施例１と同様の条件で、異方性導電膜を介してバンプ付きＩＣをガラスに実装した。
【００６１】
評価
各実施例及び各比較例として作製した異方性導電膜Ａ，Ｂについて、バンプ上に捕捉された導電性粒子をガラスの裏面から光学顕微鏡を用いて観察し、粒子捕捉数をカウントして総粒子捕捉数を求め、さらに粒子の潰れ状態が合格のものをカウントして有効粒子捕捉数を求めた（範囲２０００μｍ２）。この結果を次表１及び次表２に示す。なお、次表１は、異方性導電膜Ａについての結果を示し、次表２は、異方性導電膜Ｂについての結果を示している。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
これら上表１及び上表２から明らかなように、バンプの表面粗さＲａを０．０５μｍ以下とすることにより、電気的接続に寄与する有効導電粒子数が大きく増加していることがわかる。また、総粒子捕捉数についても、比較例と同等以上の数値となっている。
【００６５】
また、図３に、実施例１（異方性導電膜Ａ）におけるバンプ近傍の光学顕微鏡像を示し、図４に、比較例１（異方性導電膜Ｂ）におけるバンプ近傍の光学顕微鏡像を示す。これら図面を比較すると、実施例１では、バンプの頂部が極めて平滑な状態とされていることが明白であるのに対して、比較例１では、バンプの頂部が粗い様子がわかる。
【００６６】
さらに、図５に、実施例１（異方性導電膜Ａ）におけるバンプ近傍の他の光学顕微鏡像を示し、図６に、比較例１（異方性導電膜Ｂ）におけるバンプ近傍の他の光学顕微鏡像を示す。いずれの図面（写真）も、バンプ周辺部の光学顕微鏡像である。これら図面を比較すると、実施例１では、バンプの周辺部を含めてバンプ全体で導電性粒子が均一に押し潰されていることがわかる。これに対して、比較例１では、特にバンプ周辺部において導電性粒子の潰れ方が不足している。
【００６７】
アニール処理の影響の評価
つぎに、バンプの表面粗さＲａに対するアニール処理の影響を評価するために、実施例１として作製したバンプ付きＩＣに対してアニール処理を施し、アニール処理前後における表面粗さＲａを測定した。この結果を次表３に示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
上表３から明らかなように、実施例１として作製したバンプ付きＩＣに対してアニール処理を施した場合には、アニール処理後におけるバンプの表面粗さＲａが０．０１７９μｍとなり、例えば頂部を切削することによって平滑にしたバンプに対してアニール処理を施す等の従来の手法とは異なり、０．０５μｍ以下の値に保たれている。
【００７０】
これは以下の理由による。すなわち、実施例１として作製したバンプは、金メッキ液の粒塊（結晶粒）が積み上がって形成されたものであるが、頂部を平滑にするために、結晶粒が小さくなるように結晶状態を制御した金メッキ液を使用している。具体的には、実施例１として作製したバンプにおいては、アニール処理前におけるバンプ断面の結晶粒の様子を測定すると、図７中左側の分布図に示すように、きめ細かい結晶粒が集合しており、図７中右側に示すように、その平均粒径が０．０８μｍであった。すなわち、実施例１として作製したバンプは、アニール処理前における平均粒径が０．１μｍ以下と小さい結晶粒がきめ細かく積み上がって形成されたものであり、これにより、アニール処理を施してもメッキ液の結晶粒が大きくならず、アニール処理前後にわたって、結晶粒の大きさの変化を抑制することができ、バンプの表面粗さＲａが０．０５μｍ以下に保たれるのである。
【００７１】
このように、本発明は、アニール処理前後にわたってバンプの表面粗さＲａを０．０５μｍとすることができ、異方性導電膜に含まれる導電性粒子の粒子径が小さい場合であっても、これを均一に潰すことが可能であり、作製される電気的接続体において、良好な導通特性を得ることが可能であることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】電気的接続体の一構成例を示す概略断面図である。
【図２】バンプの表面に凹凸がある場合の導電性粒子の潰れ方を模式的に示す概略断面図である。
【図３】実施例１におけるバンプ近傍の光学顕微鏡像である。
【図４】比較例１におけるバンプ近傍の光学顕微鏡像である。
【図５】実施例１におけるバンプ近傍の他の光学顕微鏡像である。
【図６】比較例１におけるバンプ近傍の他の光学顕微鏡像である。
【図７】実施例１におけるバンプ断面の結晶粒の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 半導体素子（第１の電子部材）
２ バンプ
３ 配線基板（第２の電子部材）
４ 電極
５ 異方性導電膜
６ 導電性粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や電子基板等の電子部材同士が電気的に接続された電気的接続体に関し、特に、突起電極（バンプ）及び異方性導電膜を利用して電気的な接続を行った電気的接続体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば半導体素子等の電子部材を配線基板に実装する場合には、ワイヤボンディングによって半導体素子の端子電極と配線基板の電極とを電気的に接続することが広く行われている。ただし、この種のワイヤボンディングによる接続では、電極間を１つ１つボンディングワイヤで接続しなければならず接続工程が煩雑であること、高密度実装にともなう端子電極の微細化、狭いピッチ化等への対応が困難であること等の問題があり、その改善が望まれている。
【０００３】
このような状況から、半導体素子をいわゆるフェースダウン状態で配線基板上に実装するフリップチップ実装法が提案されている。このフリップチップ実装法は、半導体素子の端子電極、あるいは配線基板の電極のいずれか一方に、バンプと称される突起電極を形成し、この突起電極が他方の電極と対向するように配置し、一括して電気的に接続する方法である。突起電極は、ＡｕやＣｕ、半田等をメッキすることによって形成され、その高さは数μｍ〜数十μｍ程度である。
【０００４】
このようなフリップチップ実装法においては、接続信頼性を高めること等を目的に、異方性導電膜が用いられている。異方性導電膜は、接着剤として機能する絶縁性の樹脂中に導電性粒子を分散したものであり、突起電極と対向する電極間にこれを挟み込み、加熱、加圧すると導電性粒子が電極間で押し潰され、電気的な接続が図られる。突起電極のない部分では、導電性粒子は絶縁性の樹脂中に分散した状態が維持され、電気的に絶縁された状態が保たれるので、突起電極のある部分でのみ電気的導通が図られることになる。
【０００５】
異方性導電膜を用いたフリップチップ実装法によれば、上述したように、多数の電極間を一括して電気的に接続することが可能であり、ワイヤボンディングのように電極間を１つ１つボンディングワイヤで接続する必要はなく、また高密度実装にともなう端子電極の微細化、狭いピッチ化等への対応も比較的容易である。
【０００６】
このような異方性導電膜を用いたフリップチップ実装法では、電気的接続の信頼性の確保のため、突起電極上における導電性粒子の捕捉性を高めることが必要であり、各方面で検討が進められている。例えば、突起電極の高さが不均一であると接続に問題が生じるため、突起電極の高さを均一にする技術が提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献６等参照。）。
【０００７】
具体的には、特許文献１には、電極部を有する半導体素子を、電極パターンを有する基板上に実装する方法が開示されている。特に、この実装方法においては、半導体素子の電極部に半導体素子表面よりも突出した導電性の突出部を設け、この突出部を剛体表面に一旦押しつけ、基板若しくは半導体素子の少なくとも一方に接着用樹脂を塗布し、突出部と電極パターンとが接触するように半導体素子と基板とを加圧して接合させた後、接着用樹脂を硬化させるようにしている。
【０００８】
また、特許文献２には、基板表面に形成された多数の電路の上に半導体素子の電極との接合に用いるバンプを形成する方法であって、バンプが加圧によって高さの揃ったものとされていることを特徴とするバンプの製法が開示されている。
【０００９】
さらに、特許文献３には、内部に導体が充填されたスルーホールを有するセラミック回路基板の少なくともバンプ形成面を研磨し、表面に露出したスルーホール導体上に金属小片をろう付けすることを特徴とするバンプ付き基板の製造方法が開示されている。
【００１０】
さらにまた、特許文献４には、下層に銀メッキ層を設けるとともに、その上層にニッケルメッキ層を設け、さらにその上層に金メッキ層を設けた構成を有するリード表面において、フェースダウンボンディングによって搭載される半導体装置の電極パッドと対向する部分に金メッキによって柱状の突起電極を形成し、且つ、この突起電極を半導体装置実装基板の上方向から平板によって押圧して、半導体装置の電極パッドとの接触面となる複数個の突起電極の表面を、同一平面内に一致させるように平坦化する技術が開示されている。
【００１１】
また、特許文献５には、はんだ突起電極の高さを揃えることにより実装不良を低減し、電気接続抵抗を低減するとともに接続強度を向上させることを目的として、はんだ突起電極に対して接触することによって電気特性検査を行った後に、はんだ突起電極の少なくとも頂部を研磨処理する技術が開示されている。
【００１２】
さらに、特許文献６には、バンプの高さを効率よく揃えることを目的として、撮像手段がバンプの頂部に焦点を合わせるとともに、そのときの切削手段の位置を原点とし、その原点を基準として切削手段を駆動してバンプの切削を行う技術が開示されている。
【００１３】
また、これら特許文献１乃至特許文献６に記載された技術の他、突起電極と接続端子との間において、導電性粒子の捕捉性を高めるために、突起電極に凹凸を形成することも試みられている（例えば、特許文献７乃至特許文献１０等参照。）。
【００１４】
例えば、特許文献７には、液晶セルの電極とフレキシブル基板の電極とを接続してなる液晶表示装置において、フレキシブル基板の電極は、粗面化した表面を有することを特徴とする液晶表示装置が開示されている。
【００１５】
また、特許文献８には、砥粒を有する研磨シートを備えた平面土台の上に、バンプが研磨シートに当接するように、半導体装置（ＩＣ基板）をフェースダウンで設置し、半導体装置を平面土台に押圧しながら、押圧する方向に垂直な平面内で平面土台を超音波振動させることによってバンプの先端面に凹凸面を形成することが開示されている。
【００１６】
さらに、特許文献９には、半導体装置の電極上に金バンプを形成する工程と、回路基板上に異方性導電膜を貼り付ける工程と、金バンプよりも硬い材料からなり異方性導電膜の導電粒子の径よりも小さい凹凸が形成された押圧用基板を、半導体装置の金バンプの先端面に押圧することにより、金バンプの先端面に凹凸部を形成する工程と、金バンプと回路基板の電極とを位置合わせした後、半導体装置を異方性導電膜を貼り付けた回路基板に押圧して加熱する工程とを備える半導体装置の実装方法が開示されている。
【００１７】
さらにまた、特許文献１０には、バンプ電極の形成に際して、配線電極上に予めパッシベーション膜からなる錐状あるいは台形状の凸部を複数設け、この状態でバンプ下地金属層を堆積し、さらにその上にメッキ成長によって金電極を形成してバンプ電極とする技術が開示されている。これにより、バンプ電極の電極表面には、配線電極上に設けた凹凸部に対応して、凹凸部が形成されることになる。
【００１８】
【特許文献１】特開平１−２７８０３４号公報
【特許文献２】特開平１−２９５４３３号公報
【特許文献３】特開平４−３３３９５号公報
【特許文献４】特開平５−２９１２６２号公報
【特許文献５】特開２０００−１１４３１３号公報
【特許文献６】特開２００６−３２４３９７号公報
【特許文献７】実開昭６３−１７４３２８号公報
【特許文献８】特開平６−２８３５３７号公報
【特許文献９】特開平１１−１６９４６号公報
【特許文献１０】特開２００４−１４７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、上述したフリップチップ実装に用いられる異方性導電膜において、導電性粒子の粒径は、通常５μｍ〜１０μｍの範囲とされているが、近年のファインピッチの要請に対応するため、導電性粒子の割合を少なくするか、導電性粒子の粒子径を小さくすることが求められている。例えば、導電性粒子の割合が多く、また、導電性粒子の粒子径が大きいと、ファインピッチのフリップチップ実装において、突起電極間に導電性粒子が詰まり、電気的な短絡（ショート）が発生するという問題が生じる。
【００２０】
この場合、導電性粒子の割合を少なくすることは、導電性粒子の捕捉性に直結するため、導電性粒子の粒子径を小さくすることが妥当である。導電性粒子の粒子径を小さくすれば、突起電極間の隙間の導電性粒子は、絶縁性の樹脂（接着剤）中に分散された状態となり、突起電極間で導電性粒子同士が接触することによるショートの問題は回避される。
【００２１】
しかしながら、導電性粒子の粒子径を小さくした場合には、突起電極の高さのバラツキや実装精度等により、導電性粒子が均一に潰れず、導通抵抗が不安定になる現象が発生しやすいという問題が新たに発生する。各突起電極の表面の高さには±２μｍ程度のバラツキがあり（従来の突起電極の表面粗さＲａは０．３μｍ程度であり）、例えば導電性粒子の平均粒子径が４μｍ以下になると、均一に押し潰すことは困難である。
【００２２】
このような導電性粒子の小径化を考えた場合、上述した特許文献１乃至特許文献６に記載された技術のような、突起電極の高さを均一にする技術では対応することができない。これら特許文献１乃至特許文献６に記載された技術においては、突起電極間の高さのバラツキを小さくすることはできるものの、突起電極頂部（先端平面部）の表面粗さに起因する高さのバラツキは解消することができず、突起電極頂部には表面粗さによるバラツキが存在することになる。したがって、導電性粒子の粒子径が小さくなると、突起電極上の導電性粒子が均一に潰れないという問題は解決されないままである。
【００２３】
一方、上述した特許文献７乃至特許文献１０に記載された技術のように、導電性粒子の捕捉性を高めるために突起電極に凹凸を形成する技術では、突起電極の表面粗さを大きくする方向であり、この場合、捕捉した導電性粒子が凹凸内に入り込むため均一に潰すことができず、導電性粒子の小径化に対応することは困難である。
【００２４】
また、半導体素子等を実装する際には、突起電極の硬度が均一となるように調整する目的でアニール処理を行うことが通常である。しかしながら、突起電極は、その頂部を切削等の処理を行うことによって表面粗さを低減できたとしても、アニール処理を行うことによって表面粗さが大幅に増大してしまうという問題もあった。
【００２５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、異方性導電膜に含まれる導電性粒子の粒子径が小さい場合であっても、これを均一に潰すことが可能であり、アニール処理を行うか否かにかかわらず、良好な導通特性を得ることが可能な電気的接続体及びその製造方法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】
【００２６】
本願発明者は、上述した目的を達成するために、長期に亘り鋭意検討を重ねてきた。その結果、突起電極の表面に凹凸を形成した場合、導電性粒子の捕捉性については向上するケースもあるが、むしろ凹凸によって突起電極の周囲に位置する部分の導電性粒子に十分な圧力が伝わらず、突起電極上の導電性粒子が均一に潰れないこと、逆に突起電極の表面を格別平滑にすることで、導電性粒子の粒径が小さい場合に、潰れによって有効に作用する導電性粒子の割合が増え、捕捉性についてもほとんど問題がないことを見出すに至った。
【００２７】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。すなわち、上述した目的を達成する本発明にかかる電気的接続体は、第１の電子部材と第２の電子部材とが異方性導電膜を介して電気的に接続されてなる電気的接続体であって、いずれか一方の電子部材には突起電極が形成されており、前記突起電極の頂部は、アニール処理後の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされていることを特徴としている。
【００２８】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる電気的接続体の製造方法は、第１の電子部材と第２の電子部材とのいずれか一方に、メッキによって頂部の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされた突起電極を形成する工程と、前記第１の電子部材と前記第２の電子部材との間に異方性導電膜を介在させる工程と、押圧によって前記突起電極と対向する異方性導電膜の導電性粒子を押し潰し、前記第１の電子部材と前記第２の電子部材とを電気的に接続する工程とを備えることを特徴としている。
【００２９】
粒径の小さな導電性粒子が分散された異方性導電膜を用いた場合、突起電極の表面粗さＲａが大きく、表面に凹凸が形成されていると、第１の電子部材と第２の電子部材との間に異方性導電膜を挟み込んで、前記突起電極と対向する電極の間で前記異方性導電膜を押圧した際に、突起電極の表面の例えば凹部に入り込んだ導電性粒子に圧力が十分に伝わらず、十分に潰れない。導電性粒子が十分に潰れないと、電気的な接触面積等が不足して、導通信頼性を確保することは難しい。
【００３０】
これに対して、本発明においては、突起電極の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下とされ、極めて平滑な状態とされている。特に、本発明においては、アニール処理後においても表面粗さＲａが０．０５μｍ以下とされ、アニール処理を行うか否かにかかわらず、突起電極の頂部が極めて平滑な状態を維持することができる。したがって、導電性粒子の粒径が小さくても各導電性粒子に均一に圧力が加わり、均一な粒子変形が実現される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、異方性導電膜に含まれる導電性粒子の粒子径が小さい場合にも、これを均一に潰すことが可能で、良好な導通特性を得ることが可能である。したがって、本発明によれば、導通信頼性に優れた電気的接続体を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書においては、バンプと突起電極とは同義として取り扱うものとする。
【００３３】
図１は、電気的接続体の一例を示すものである。電気的接続体は、例えば半導体素子等の電子部材を、配線基板等の電子部材と電気的及び機械的に接続固定したものである。ここでは、第１の電子部材が半導体素子（ＩＣチップ）であり、第２の電子部材が配線基板である場合を例にして説明する。
【００３４】
図１において、第１の電子部材である半導体素子１には、接続端子としてバンプ（突起電極）２が形成されている。一方、第２の電子部材である配線基板３には、バンプ２と対向する位置に電極４が形成されている。半導体素子１と配線基板３との間には、異方性導電膜５が介在され、バンプ２と電極４とが対向する部分では、この異方性導電膜５に含まれる導電性粒子６が押し潰され、電気的な導通が図られている。
【００３５】
バンプ２は、例えばＡｕやＣｕ、半田等の導電性金属によって形成され、その高さは、５μｍから５０μｍ程度である。バンプ２は、メッキ等によって形成することができ、例えば表面のみを金メッキとすることも可能である。バンプ２は、後述するように、表面平滑性が要求され、このような観点からも金メッキとすることが好ましい。
【００３６】
このような構造の電気的接続体においては、半導体素子１に形成されたバンプ２の表面粗さが重要である。バンプ２の表面粗さが大きいと、例えば図２に模式的に示すように、一部の導電性粒子６がバンプ２の接続面の凹部２ａ内に入り込み、加圧しても圧力が加わらず、潰れない状態となって導通抵抗が不安定になる現象が発生しやすい。これに対して、バンプ２の接続面が平坦であれば、バンプ２と電極４との間に捕捉された全ての導電性粒子６が均一に押し潰され、導通信頼性が安定に確保される。
【００３７】
このような観点から、本発明においては、バンプ２の表面粗さを、中心線平均粗さＲａで０．０５μｍ以下とする。電気的接続体においては、この表面粗さＲａを０．０５μｍ以下とすることにより、例えば導電性粒子６の平均粒径が４μｍ以下であるような場合であっても、均一な粒子変形を実現することが可能となる。なお、バンプ２の表面粗さＲａは、導電性粒子６の平均粒子径を考慮して設定することが好ましく、特に０．０２μｍ以下であるのが好ましい。
【００３８】
バンプ２の表面粗さＲａは、例えばＴｅｎｃｏｒ社製サーフェースプロファイラー等の接触式測定器を用いることによって測定することができる。
【００３９】
ここで、電気的接続体においては、後の工程でアニール処理を行う場合には、仮にアニール処理前の表面粗さＲａを０．０５μｍ以下に形成できたとした場合であっても、アニール処理後に、表面粗さＲａが大幅に増大してしまうのが通常である。これに対して、本発明にかかる電気的接続体においては、バンプ２の形成時に、メッキの結晶状態を制御することにより、アニール処理前後にわたって、その表面粗さＲａを０．０５μｍ以下、より好ましくは０．０２μｍ以下に保つことを可能としている。
【００４０】
また、バンプ２は、表面粗さＲａの他、その硬度についても適正に設定することが好ましい。バンプ２の硬度は、バンプ２に使用する導電性材料の種類や、例えばメッキ形成する際の形成条件等に応じて設計することが可能であるが、導電性粒子６の均一な粒子変形を実現するためには、ビッカース硬度Ｈｖで４０〜１５０とすることが好ましい。電気的接続体においては、バンプ２のビッカース硬度Ｈｖを、この値の範囲内に設定することにより、導電性粒子６を押し潰す際に、加圧力が適正に導電性粒子６に伝わり、均一に押し潰すことが可能となる。
【００４１】
一方、電気的接続体において、バンプ２と電極４との間の電気的接続及び機械的固定を図るために用いられる異方性導電膜５は、絶縁性樹脂中に導電性粒子６を分散したものである。絶縁性樹脂としては、例えば、ウレタン樹脂やポリエステル樹脂、クロロプレン等の熱可塑性のホットメルト樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を使用することができる。また、例えばエポキシ樹脂としては、ＢＰＡ型エポキシ樹脂、ＢＰＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂や、ゴムやウレタン等の各種変成エポキシ樹脂等が例示され、これらを単独で用いても２種以上を混合して用いてもよい。
【００４２】
また、異方性導電膜５中に潜在性硬化剤を添加し、加熱を行って硬化剤を活性化するようにしてもよい。異方性導電膜５に潜在性硬化剤を添加することにより、起爆反応性を付与することが可能であり、接続の際の加熱操作により確実且つ速やかに硬化させることが可能となる。この場合、潜在性硬化剤としては、イミダゾール系の潜在性硬化剤等が使用可能であり、例えば表面処理されてマイクロカプセル化された商品名ノバキュアＨＸ３７４１（旭化成社製）、商品名ノバキュアＨＸ３９２１ＨＰ（旭化成社製）、商品名アミキュアＰＮ−２３（味の素社製）、商品名ＡＣＲハードナーＨ−３６１５（ＡＣＲ社製）等を挙げることができる。
【００４３】
異方性導電膜５に含まれる絶縁性樹脂の粘度が高いと、導通させるべき電極間から絶縁性樹脂を十分に排除できなくなり、導通信頼性が低下するおそれがある。また、異方性導電膜５に含まれる絶縁性樹脂の粘度が高くなった場合、接続すべき電極間の絶縁性樹脂を十分に排除するために熱硬化時のプレス圧力を高めることが必要となり、導電性粒子６のバンプ２や電極４へのあたりが強くなって、クラック等が発生するおそれもある。したがって、絶縁性樹脂は、異方性導電膜５の熱圧着温度における溶融粘度が１０８ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１０７ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。
【００４４】
一方、絶縁性樹脂の熱圧着時の溶融粘度が低くなりすぎると、導電性粒子６が導通させるべき電極間が逃げやすくなり、捕捉性の点で問題が生じるおそれがある。したがって、絶縁性樹脂は、異方性導電膜５の熱圧着温度における溶融粘度が１０ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましい。
【００４５】
異方性導電膜５を構成する導電性粒子６としては、この種の異方性導電膜において使用されている公知の導電性粒子をいずれも使用することができる。例えば、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、鉛、クロム、コバルト、銀、金など各種金属や金属合金の粒子、金属酸化物、カーボン、グラファイト、ガラスやセラミック、プラスチック等の粒子の表面に金属をコートしたもの、あるいはこれらの粒子の表面にさらに絶縁薄膜をコートしたもの等を使用することができる。
【００４６】
ただし、本発明にかかる電気的接続体においては、導電性粒子６が電極間で押し潰されることが必要であるため、樹脂粒子の表面に金属をコートしたものが好適である。この場合、樹脂粒子としては、２０％圧縮変形時の圧縮硬さが、１００〜１０００ｋｇｆ／ｍｍ２（１ｋｇｆ／ｍｍ２＝９．８０６６５ＭＰａ）のものを用いることが好ましい。樹脂粒子の２０％圧縮変形時のＫ値が１０００ｋｇｆ／ｍｍ２よりも大きいと、樹脂粒子が適度に潰れないため電極表面の高さのバラツキを吸収することができず、また、加圧の際に高い圧力が必要になるとともに、導電性粒子６の反発力が大きくなり界面剥離を起こす等の不都合が生じるおそれもある。
【００４７】
このような要求を満たす樹脂粒子としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、スチレン系樹脂等の粒子を挙げることができる。
【００４８】
導電性粒子６の平均粒径は任意であるが、平均粒径が４μｍ以下の導電性粒子６を用いた場合に本発明の効果が大きい。したがって、導電性粒子６の平均粒径は、１μｍ〜４μｍとするのが好適である。また、突起電極の頂部の平坦化にともない、導電性粒子の粒子径のバラツキが、導電性粒子の硬度によっては影響を受ける場合がある。本発明の場合、導電性粒子の平均粒子径の±１μｍの範囲に全粒子の９０％以上が含まれているのが好適である。
【００４９】
以上のような構成を備える電気的接続体においては、異方性導電膜５に含まれる導電性粒子６の粒子径が例えば４μｍ以下と小さい場合であっても、均一に押し潰すことが可能であり、良好な導通特性を得ることが可能である。したがって、導通信頼性に優れた電気的接続体を実現することができる。
【００５０】
つぎに、上述した電気的接続体の製造方法について説明する。上述した構成の電気的接続体を作製するには、まず、半導体素子１の電極上にバンプ２を形成する必要がある。このバンプ２は、メッキ等の手法によって形成するが、アニール処理前後における表面粗さＲａを０．０５μｍとするためには、金メッキとすることが好ましく、また、メッキ条件を選定することにより、形成されるバンプ２の表面が平滑になるようにする必要がある。
【００５１】
ここで、金メッキにおいては、結晶状態を制御し、形成されるバンプ２の表面を平滑にするために、以下のような金メッキ液が使用される。
【００５２】
金メッキ液は、
ａ）金化合物
ｂ）伝導塩・緩衝剤
ｃ）結晶成長剤
ｄ）有機光沢剤
等を基本的な組成として構成される。金化合物としては、例えば、亜硫酸金塩やシアン化金塩等がある。また、伝導塩・緩衝剤としては、亜硫酸塩、リン酸塩、クエン酸塩、蓚酸塩、硫酸塩、ホウ酸塩、塩酸塩、アミン塩、キレート剤等がある。さらに、結晶成長剤としては、Ｔｌ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｂ等がある。さらにまた、有機光沢剤としては、ＮＨ基を有する高分子、すなわち、エトキシ化ポリエチレンイミン（ＰＥＩＥ）、ポリアルキルイミン（ＰＡＩ）、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）等がある。これらの液組成から得られた金メッキは、析出物が緻密で光沢性があり、本発明にて形成されるバンプ２の表面を平滑にする用途に極めて適している。
【００５３】
バンプ２の形成の後、半導体素子１のバンプ２と配線基板３の電極４との間の接続を行うが、この場合には、例えば、配線基板３の表面に異方性導電膜５を貼付し、位置合わせ及び仮接続を行った後に、所定の温度及び圧力で熱圧着を行うことによって導電性粒子６を押し潰し、半導体素子１のバンプ２と配線基板３の電極４とを電気的に接続させた状態で異方性導電膜５を構成する絶縁性樹脂を硬化させる。熱圧着の際の温度及び圧力は、使用する異方性導電膜５の種類等によっても異なるが、例えば温度１８０℃〜２２０℃、圧力３０ＭＰａ〜１２０ＭＰａとすることが好ましい。
【００５４】
以上の工程を経ることにより、異方性導電膜５に含まれる導電性粒子６の粒子径が小さい場合であっても、これを均一に潰すことが可能であり、作製される電気的接続体において、良好な導通特性を得ることが可能である。
【００５５】
［実施例］
つぎに、本発明を適用した電気的接続体の具体的な実施について、実験結果に基づいて説明する。
【００５６】
（実施例１）
バンプの表面粗さＲａの相違による導電性粒子の捕捉性及び潰れ状態を評価するために、異方性導電膜を介してバンプ付きＩＣをガラスに実装した。異方性導電膜は、バインダー成分に導電性粒子を約３００万個／ｍｍ３となるように配合し、これをフィルム化して形成した。各成分の内訳は以下のとおりである。
エポキシ樹脂 ： ジャパンエポキシレジン社製、商品名ＥＰ８２８ ３０重量部
フェノキシ樹脂： ＩｎＣｈｅｍ社製、商品名ＰＫＨＨ ４０重量部
エポキシ硬化剤： 旭化成社製、商品名ＨＸ３９４１ＨＰ ３０重量部
導電性粒子 ： Ｎｉ／Ａｕメッキ樹脂粒子
なお、導電性粒子として平均粒径４μｍの導電性粒子と平均粒径２μｍの導電性粒子を用い、２種類の異方性導電膜（異方性導電膜Ａ及び異方性導電膜Ｂ）を作製した。
【００５７】
バンプ付きＩＣのバンプは、金メッキによって形成した。この金メッキは、日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース社製、商品名ミクロファブＡｕ３１０を金メッキ液として用い、メッキ温度５０℃、電流密度０．４Ａ／ｄｍ２の条件で行った。この結果得られたバンプの接続面の表面粗さＲａは、０．０１０５μｍであった。実装の際の圧着条件は、到達温度２００℃、圧力４０ＭＰａ、時間５秒とした。
【００５８】
（実施例２）
実施例１の金メッキ液及びメッキ条件を変更してバンプ付きＩＣを作製した。金メッキは、日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース社製、商品名ニュートロネクス２４０を金メッキ液として用い、メッキ温度６５℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ２の条件で行った。この結果得られたバンプの接続面の表面粗さＲａは、０．００４μｍであった。他は実施例１と同様の条件で、異方性導電膜を介してバンプ付きＩＣをガラスに実装した。
【００５９】
（比較例１）
実施例１及び実施例２の金メッキ液及びメッキ条件を変更してバンプ付きＩＣを作製した。金メッキは、日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース社製、商品名ミクロファブＡｕ１００を金メッキ液として用い、メッキ温度６０℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ２の条件で行った。この結果得られたバンプの接続面の表面粗さＲａは、０．２９８μｍであった。他は実施例１と同様の条件で、異方性導電膜を介してバンプ付きＩＣをガラスに実装した。
【００６０】
（比較例２）
実施例１及び実施例２並びに比較例１の金メッキ液及びメッキ条件を変更してバンプ付きＩＣを作製した。金メッキは、日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース社製、商品名ミクロファブＡｕ６６０を金メッキ液として用い、メッキ温度６０℃、電流密度０．８Ａ／ｄｍ２の条件で行った。この結果得られたバンプの接続面の表面粗さＲａは、０．１３０μｍであった。他は実施例１と同様の条件で、異方性導電膜を介してバンプ付きＩＣをガラスに実装した。
【００６１】
評価
各実施例及び各比較例として作製した異方性導電膜Ａ，Ｂについて、バンプ上に捕捉された導電性粒子をガラスの裏面から光学顕微鏡を用いて観察し、粒子捕捉数をカウントして総粒子捕捉数を求め、さらに粒子の潰れ状態が合格のものをカウントして有効粒子捕捉数を求めた（範囲２０００μｍ２）。この結果を次表１及び次表２に示す。なお、次表１は、異方性導電膜Ａについての結果を示し、次表２は、異方性導電膜Ｂについての結果を示している。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
これら上表１及び上表２から明らかなように、バンプの表面粗さＲａを０．０５μｍ以下とすることにより、電気的接続に寄与する有効導電粒子数が大きく増加していることがわかる。また、総粒子捕捉数についても、比較例と同等以上の数値となっている。
【００６５】
また、図３に、実施例１（異方性導電膜Ａ）におけるバンプ近傍の光学顕微鏡像を示し、図４に、比較例１（異方性導電膜Ｂ）におけるバンプ近傍の光学顕微鏡像を示す。これら図面を比較すると、実施例１では、バンプの頂部が極めて平滑な状態とされていることが明白であるのに対して、比較例１では、バンプの頂部が粗い様子がわかる。
【００６６】
さらに、図５に、実施例１（異方性導電膜Ａ）におけるバンプ近傍の他の光学顕微鏡像を示し、図６に、比較例１（異方性導電膜Ｂ）におけるバンプ近傍の他の光学顕微鏡像を示す。いずれの図面（写真）も、バンプ周辺部の光学顕微鏡像である。これら図面を比較すると、実施例１では、バンプの周辺部を含めてバンプ全体で導電性粒子が均一に押し潰されていることがわかる。これに対して、比較例１では、特にバンプ周辺部において導電性粒子の潰れ方が不足している。
【００６７】
アニール処理の影響の評価
つぎに、バンプの表面粗さＲａに対するアニール処理の影響を評価するために、実施例１として作製したバンプ付きＩＣに対してアニール処理を施し、アニール処理前後における表面粗さＲａを測定した。この結果を次表３に示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
上表３から明らかなように、実施例１として作製したバンプ付きＩＣに対してアニール処理を施した場合には、アニール処理後におけるバンプの表面粗さＲａが０．０１７９μｍとなり、例えば頂部を切削することによって平滑にしたバンプに対してアニール処理を施す等の従来の手法とは異なり、０．０５μｍ以下の値に保たれている。
【００７０】
これは以下の理由による。すなわち、実施例１として作製したバンプは、金メッキ液の粒塊（結晶粒）が積み上がって形成されたものであるが、頂部を平滑にするために、結晶粒が小さくなるように結晶状態を制御した金メッキ液を使用している。具体的には、実施例１として作製したバンプにおいては、アニール処理前におけるバンプ断面の結晶粒の様子を測定すると、図７中左側の分布図に示すように、きめ細かい結晶粒が集合しており、図７中右側に示すように、その平均粒径が０．０８μｍであった。すなわち、実施例１として作製したバンプは、アニール処理前における平均粒径が０．１μｍ以下と小さい結晶粒がきめ細かく積み上がって形成されたものであり、これにより、アニール処理を施してもメッキ液の結晶粒が大きくならず、アニール処理前後にわたって、結晶粒の大きさの変化を抑制することができ、バンプの表面粗さＲａが０．０５μｍ以下に保たれるのである。
【００７１】
このように、本発明は、アニール処理前後にわたってバンプの表面粗さＲａを０．０５μｍとすることができ、異方性導電膜に含まれる導電性粒子の粒子径が小さい場合であっても、これを均一に潰すことが可能であり、作製される電気的接続体において、良好な導通特性を得ることが可能であることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】電気的接続体の一構成例を示す概略断面図である。
【図２】バンプの表面に凹凸がある場合の導電性粒子の潰れ方を模式的に示す概略断面図である。
【図３】実施例１におけるバンプ近傍の光学顕微鏡像である。
【図４】比較例１におけるバンプ近傍の光学顕微鏡像である。
【図５】実施例１におけるバンプ近傍の他の光学顕微鏡像である。
【図６】比較例１におけるバンプ近傍の他の光学顕微鏡像である。
【図７】実施例１におけるバンプ断面の結晶粒の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 半導体素子（第１の電子部材）
２ バンプ
３ 配線基板（第２の電子部材）
４ 電極
５ 異方性導電膜
６ 導電性粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電子部材と第２の電子部材とが異方性導電膜を介して電気的に接続されてなる電気的接続体であって、
いずれか一方の電子部材には突起電極が形成されており、
前記突起電極の頂部は、アニール処理後の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされていること
を特徴とする電気的接続体。
【請求項２】
前記突起電極の頂部は、アニール処理後の表面粗さＲａが０．０２μｍ以下の平坦面とされていること
を特徴とする請求項１記載の電気的接続体。
【請求項３】
前記突起電極の頂部は、金メッキによって形成されていること
を特徴とする請求項１記載の電気的接続体。
【請求項４】
前記異方性導電膜に含まれる導電性粒子の平均粒径が４μｍ以下であること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項記載の電気的接続体。
【請求項５】
前記導電性粒子は、樹脂粒子を芯材とし、その表面に導電層が形成されていること
を特徴とする請求項４記載の電気的接続体。
【請求項６】
前記樹脂粒子は、２０％圧縮変形時の圧縮硬さが１００〜１０００ｋｇｆ／ｍｍ２であること
を特徴とする請求項４記載の電気的接続体。
【請求項７】
第１の電子部材と第２の電子部材とのいずれか一方に、メッキによって頂部の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされた突起電極を形成する工程と、
前記第１の電子部材と前記第２の電子部材との間に異方性導電膜を介在させる工程と、
押圧によって前記突起電極と対向する異方性導電膜の導電性粒子を押し潰し、前記第１の電子部材と前記第２の電子部材とを電気的に接続する工程とを備えること
を特徴とする電気的接続体の製造方法。
【請求項８】
前記突起電極の頂部は、前記表面粗さＲａが０．０２μｍ以下の平坦面とされること
を特徴とする請求項７記載の電気的接続体の製造方法。
【請求項９】
前記突起電極の頂部は、金メッキによって形成すること
を特徴とする請求項７記載の電気的接続体の製造方法。
【請求項１０】
前記突起電極の頂部は、アニール処理後の前記表面粗さＲａが０．０２μｍ以下の平坦面とされること
を特徴とする請求項７乃至請求項９のうちいずれか１項記載の電気的接続体の製造方法。
【請求項１１】
前記突起電極を形成する際に使用されるメッキ液の結晶粒は、アニール処理前における平均粒径が０．１μｍ以下であること
を特徴とする請求項７乃至請求項１０のうちいずれか１項記載の電気的接続体の製造方法。
【請求項１】
第１の電子部材と第２の電子部材とが異方性導電膜を介して電気的に接続されてなる電気的接続体であって、
いずれか一方の電子部材には突起電極が形成されており、
前記突起電極の頂部は、アニール処理後の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされていること
を特徴とする電気的接続体。
【請求項２】
前記突起電極の頂部は、アニール処理後の表面粗さＲａが０．０２μｍ以下の平坦面とされていること
を特徴とする請求項１記載の電気的接続体。
【請求項３】
前記突起電極の頂部は、金メッキによって形成されていること
を特徴とする請求項１記載の電気的接続体。
【請求項４】
前記異方性導電膜に含まれる導電性粒子の平均粒径が４μｍ以下であること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項記載の電気的接続体。
【請求項５】
前記導電性粒子は、樹脂粒子を芯材とし、その表面に導電層が形成されていること
を特徴とする請求項４記載の電気的接続体。
【請求項６】
前記樹脂粒子は、２０％圧縮変形時の圧縮硬さが１００〜１０００ｋｇｆ／ｍｍ２であること
を特徴とする請求項４記載の電気的接続体。
【請求項７】
第１の電子部材と第２の電子部材とのいずれか一方に、メッキによって頂部の表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の平坦面とされた突起電極を形成する工程と、
前記第１の電子部材と前記第２の電子部材との間に異方性導電膜を介在させる工程と、
押圧によって前記突起電極と対向する異方性導電膜の導電性粒子を押し潰し、前記第１の電子部材と前記第２の電子部材とを電気的に接続する工程とを備えること
を特徴とする電気的接続体の製造方法。
【請求項８】
前記突起電極の頂部は、前記表面粗さＲａが０．０２μｍ以下の平坦面とされること
を特徴とする請求項７記載の電気的接続体の製造方法。
【請求項９】
前記突起電極の頂部は、金メッキによって形成すること
を特徴とする請求項７記載の電気的接続体の製造方法。
【請求項１０】
前記突起電極の頂部は、アニール処理後の前記表面粗さＲａが０．０２μｍ以下の平坦面とされること
を特徴とする請求項７乃至請求項９のうちいずれか１項記載の電気的接続体の製造方法。
【請求項１１】
前記突起電極を形成する際に使用されるメッキ液の結晶粒は、アニール処理前における平均粒径が０．１μｍ以下であること
を特徴とする請求項７乃至請求項１０のうちいずれか１項記載の電気的接続体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１１１０４３（Ｐ２００９−１１１０４３Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７９９４１（Ｐ２００７−２７９９４１）
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【出願人】（０００２２８１６５）日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース株式会社 (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【出願人】（０００２２８１６５）日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース株式会社 (29)
【Ｆターム（参考）】
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