JP2005072226A - カーボンナノチューブを用いた電極の接合方法 - Google Patents

カーボンナノチューブを用いた電極の接合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電極同士の接合に際し、容易な方法で確実に導通接合することを可能とする電極の接合構造体および接合方法を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体装置１に形成された突起状電極であるバンプ電極２と、ガラス基板３に形成された透明電極であるＩＴＯ４の間に、カーボンナノチューブ５を挟み込み、ガラス基板３に半導体装置１を実装した面の反対面からフラッシュ装置８により閃光９を照射することで、カーボンナノチューブ５が発火、発熱し、バンプ電極２を溶融させ、バンプ電極２と透明電極４の電極接合面が融着することを特徴とする電極の接合方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、導電材料同士を接合させ電流を導通させる接合方法に関するものである。
電子部品を基板に実装して回路を構成する場合に、半田などを溶融させて、電子部品の電極を接合させ導通可能な状態として組み立てられる。
最近は、電子部品である半導体装置を非導電性ペースト（以下、「ＮＣＰ」と称す。）により光透過性基板の一つであるガラス基板上に形成した電極上に固着することにより、液晶ディスプレイを製造する接合方法が知られている。ＮＣＰは、一般に、熱硬化性又は紫外線硬化性等といった特性を有する樹脂で形成されている。
従来のＮＣＰを用いた電極の接合構造および接合方法を図５に基づいて説明する。図５は、従来の電極の接合方法を説明する図である。
まず、突起状電極であるバンプ電極が形成された半導体装置を、ガラス面上に形成された透明電極であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide、インジウム錫酸化物、以下ＩＴＯと称す。）に接合するために、図５（ａ）に示すように、ＮＣＰ６をディスペンサーのノズルから圧出し、ガラス基板３上にＮＣＰ６を塗布する。
次に、図５（ｂ）に示すように、半導体装置１のバンプ電極２をガラス基板３のＩＴＯ４へ載置する。そして、図５（ｃ）に示すように、半導体装置１をヒートブロック２０などにより、加圧し加熱することで、ＮＣＰ６を固化させ、半導体装置とガラス基板を接合する。
接合したバンプ電極とＩＴＯの拡大断面図を図６に示す。
図６に示すように、バンプ電極２とＩＴＯ４の接触面は、微視的には凹凸があり点接触で接合している状態である。また、ガラス基板３上にＮＣＰ６を塗布するので、バンプ電極２とＩＴＯ４が点接触している箇所にも、微量のＮＣＰ６が付着しており、接触抵抗が増大し導電性を阻害する要因となっている。
接触抵抗の低減を図る技術として、特許文献１においては、半導体装置自体の製造に係る技術であるが、ＳｉＣ半導体とＳｉＣ半導体に形成する炭素電極との間にカーボンナノチューブを形成してＳｉＣ半導体と電極間の導通性を向上させた電子装置が開示されている。
特開２００３−１００６５８号公報（段落番号００１５−００２２、図１）
解決しようとする問題点は、従来のＮＣＰを用いた接合方法では、電極面が微視的には凹凸があるために、点接触でしか接合されず、また、ＮＣＰなどの接合用の非導電性樹脂が付着するために、抵抗となり、導通性を低下させるという点である。
また、特許文献１に記載のカーボンナノチューブを用いた接合方法は、半導体装置そのものの製造方法に適用できる技術であり、電子部品などの接合には適用ができない。
本発明は、電極同士の接合に際し、容易な方法で確実に導通接合することを可能とするカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法を提供することを目的とする。
本発明は、第１の電極と第２の電極との間にカーボンナノチューブを挟み、光を照射し、カーボンナノチューブを発火させ、第１の電極と第２の電極の電極接合面が融着して導通接合するようにしたことを主要な特徴とする。
これにより、光がカーボンナノチューブに照射されることで発火し、その際の熱で凹凸面である電極の接合面が融けて電極同士が融着するので、容易で確実な接合が可能となる。
以上のように、本発明のカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法は、カーボンナノチューブが発火する際の熱で、凹凸面である電極の接合面が融けて電極同士が融着して、接合面が点接触でなく、面で接触するので、確実な接合が可能となる。
また、従来の電子部品の本体を加熱し加圧する方法を用いる必要がないため、加熱、または加圧による破損がなくなる。
また、基板を光透過性基板とし、基板上に形成した電極を透明電極として、電子部品実装面の反対面側からの光を照射させることで、透明電極と電子部品の電極との間に挟み込んだカーボンナノチューブを電極の接合面全体に渡って発火させることができ、電極同士を融着させることができる。よって、容易に確実な接合が可能となる。
また、基板を光透過性基板とし、基板上の電極を、光が透過しない電極に貫通孔を備えたものとし、電子部品実装面の反対面側からの光を照射させることで、基板に形成された電極が光を透過しない材質であっても、貫通孔が設けられていることにより、基板上の電極が光を透過し、カーボンナノチューブを発火させることができる。よって、透明電極を使用した場合と同様に容易に確実に電極に接合が可能となる。
また、基板を光透過性基板とし、基板上の電極を、光が透過しない電極とし、基板の端面から光を照射させることで、光透過性基板の中を光が拡散し、電極に形成された貫通孔から出射した光により、光を透過しない電極と電子部品の電極の間に挟み込んだカーボンナノチューブに照射され、発火して電極同士を融着させることができる。よって、容易に確実な接合が可能となる。
本発明は、電極同士の接合に際し、容易な方法で確実に導通接合することを可能とする電極の接合方法を提供することを、電極間にカーボンナノチューブを挟み、光を照射してカーボンナノチューブを発火させて電極同士を融着させることにより実現した。
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、第１の電極と第２の電極を接合して導通させる電極の接合方法において、前記第１の電極と前記第２の電極の間にカーボンナノチューブを挟み、前記第１の電極および前記第２の電極に光を照射し、前記カーボンナノチューブを発火させ、前記第１の電極と前記第２の電極の電極接合面を融着させることを特徴とするものであり、凹凸面となっている電極の接合面が、光を照射することにより、カーボンナノチューブが発火し、その際の熱で電極の接合面が融けて電極同士が融着するので、確実な接合が可能となる。
上記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の電極は電子部品の電極であり、前記第２の電極は光透過性基板に形成した透明電極であり、前記光透過性基板に前記電子部品を実装した面の反対側から前記光を照射することを特徴とするものであり、基板が光透過性基板で形成され、電極が透明電極で形成されているので、光透過性基板の電子部品実装面とは反対面から光を照射させ、光透過性基板および光透過性基板に形成された透明電極に照射された光が透過し、電極同士の間に挟んだカーボンナノチューブへ到達させることができる。
上記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第１の電極は電子部品の電極であり、前記第２の電極は光透過性基板に形成した光を透過しない電極で貫通孔を設けており、前記光透過性基板に前記電子部品を実装した面の反対側から前記光を照射することを特徴とするものであり、基板が光透過性基板で形成され、光透過性基板の端面から光を入射させることで、光透過性基板の中を光が反射して、入射した一端面から他端面まで到達し、途中、光透過性基板の表面から光が出射して、電極同士の間に挟んだカーボンナノチューブへ光を照射させることができる。
上記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第１の電極は電子部品の電極であり、前記第２の電極は光透過性基板に形成した光を透過しない電極であり、前記光透過性基板に端面から前記光を照射することを特徴とするものであり、基板が光透過性基板で形成され、電極が貫通孔を有し光を透過させない電極で形成されているので、光透過性基板の電子部品実装面とは反対面から光を照射させ、光透過性基板および貫通孔を有した電極を介して照射された光が透過し、電極同士の間に挟んだカーボンナノチューブへ到達させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４に、基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法により得られた電極の接合構造を示す図である。
図１に示すように、電子部品の一例である半導体装置１を、液晶ディスプレイに用いられるガラス基板の電極に接合する。
ここで、「電子部品」とは、抵抗、コンデンサ、コイル、ダイオードなどの受動素子や、トランジスタなどの能動素子、また、集積回路であるＬＳＩなどの半導体装置などのことをいい、形状は、基板に設けた実装用のスルーホールへ電子部品の棒状の電極を挿入する形状や、基板に設けた平板の電極に電子部品の電極を面実装する形状としてもよいが、本発明のカーボンナノチューブを用いた電極の接合構造および接合方法は、微小な電極を接合するのに適しているので、電子部品は面実装タイプの形状が望ましい。
半導体装置１は、突起状電極であるバンプ電極２が形成され、光透過性基板であるガラス基板３に形成されたＩＴＯ（透明電極）４へバンプ電極２を接合することでフリップチップ実装する。
また、接続強度を増加させるために、ＮＣＰ６が半導体装置１とガラス基板３の間に、塗布されて固化している。ＮＣＰ６は、例えば熱硬化型の樹脂である。
バンプ電極２は、直径は２０μｍ、材質はＡｕで形成されている。バンプ電極２とＩＴＯ４との接合面は、カーボンナノチューブ（図示せず）が発火することで、電極接合面７が融着して接合している。
カーボンナノチューブは、炭素原子が、蜂の巣状に結合したグラファイトが円筒形をした構造を持ち、光を照射することで発火し発熱する。その光の強度は、１ｃｍ2あたり０．１Ｗ以上とし、カメラ等に使用されるフラッシュなどの閃光程度の強さ以上であれば、カーボンナノチューブを発火させることができる。
以上のように構成される本発明の実施の形態１に係るカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法を、図２に基づいて説明する。
図２は、本発明の実施の形態１のカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法を説明する図である。
まず、ガラス基板３面上に形成された透明電極であるＩＴＯ４に、カーボンナノチューブ５を載置する（同図（ａ））。
次に、突起状をしたバンプ電極２が形成された半導体装置１を、ガラス基板３面上に形成された透明電極であるＩＴＯ４に接合するために、所定の位置へ載置する（同図（ｂ））。
そして、ガラス基板３に半導体装置１を実装した面の反対面へ配設されたフラッシュ装置８により閃光９を照射する。照射された閃光９は、光透過性基板であるガラス基板３を透過し、ＩＴＯ４を透過して、バンプ電極２とＩＴＯ４との間に挟み込まれたカーボンナノチューブ５に到達する。
カーボンナノチューブ５は、照射された閃光９により発火し発熱する。そして、カーボンナノチューブ５は、Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2で表されるように、昇華して二酸化炭素となる。カーボンナノチューブ５の発熱は１２００℃から１５００℃程度の高熱となる。バンプ電極２を形成するＡｕの融点は約１０００℃程度であるため、ＩＴＯ４との接合面のバンプ電極２が溶融して、図１に示されるよう、バンプ電極２とＩＴＯ４とが融着する（同図（ｃ））。
最後に、半導体装置１とガラス基板３との接合強度を増加させるために、ＮＣＰ６を融着した半導体装置１とガラス基板３との間に塗布して、加熱することでＮＣＰ６を固化させる。
以上、本発明の実施の形態１を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ＮＣＰ６を、ガラス基板３のＩＴＯ４にカーボンナノチューブ５を載置した後に塗布し、半導体装置１を載置しても良い。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法について、図３に基づいて説明する。
図３は、本発明の実施の形態２に係るカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法を説明する図である。なお、半導体装置１，バンプ電極２，ガラス基板３，カーボンナノチューブ５，ＮＣＰ６，フラッシュ装置８は、実施の形態１と同一であるので、同一符号を付して説明を省略する。
図３に示すように、ガラス基板３の金属電極１１は、光を透過しない金属膜で形成された電極である。
以上のように構成された、本発明の実施の形態２に係るカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法を図３に基づいて説明する。
まず、ガラス基板３面上に形成された光を透過しない電極である金属電極１１に、カーボンナノチューブ５を載置する（同図（ａ））。
次に、突起状をしたバンプ電極２が形成された半導体装置１を、ガラス基板３面上に形成された金属電極１１に接合するために、所定の位置へ載置する（同図（ｂ））。
そして、ガラス基板３の一端面へ配設されたフラッシュ装置８により閃光９を照射する。照射された閃光９は、光透過性基板であるガラス基板３の一端面から入射し、ガラス基板３の表面で反射を繰り返す中でガラス基板３の表面から出射する光と、表面で反射し内部を伝搬し、他端面まで到達し出射する光となる。
ガラス基板３の表面から出射した光は、半導体装置１と金属電極１１との間に挟んだカーボンナノチューブ５の接合面から露出している端部に照射されるので、そこから発火しカーボンナノチューブ５全体に類焼し、金属電極１１との接合面のバンプ電極２が溶融して融着する（同図（ｃ））。
最後に、半導体装置１とガラス基板３との接合強度を増加させるために、ＮＣＰ６を融着した半導体装置１とガラス基板３との間に塗布して、加熱することでＮＣＰ６を固化させる。
以上、本発明の実施の形態２を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ガラス基板３の一端面にフラッシュ装置８を配設したが、光の強度によっては、ガラス基板３の両端面、または半導体装置１の実装面と反対面である方からフラッシュ装置８を配設し、照射しても良い。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３のカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法の電極について、図４に基づいて説明する。図４は、本発明の実施の形態３のカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法に用いる基板の電極について説明する図である。なお、バンプ電極２，ガラス基板３は、実施の形態１と同一であるので、同一符号を付して説明を省略する。
図４に示すように、ガラス基板３に光を透過しない電極である金属電極１２に、光を透過させるために貫通孔１３が形成されている。このように形成することにより、ガラス基板３の半導体装置１の実装面と反対面である方からフラッシュ装置（図示せず）を配設し照射すると、ガラス基板３を透過し、金属基板１２に形成された貫通孔１３を通過して、バンプ電極２と金属電極１２の間に挟まれたカーボンナノチューブ（図示せず）に容易に、照射することができる。
従って、光を透過しない金属電極１２を用いた場合においても、貫通孔１３を形成することで、容易に確実に接合面のカーボンナノチューブに照射することができ、カーボンナノチューブの発火により、電極同士を融着することができる。なお、貫通孔１３については、金属電極の面積および材質によって貫通孔の直径や数は、適宜決定することができる。
本発明にかかるカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法は、カーボンナノチューブが発火する際の熱で電極の接合面が融けて電極同士が融着するので、確実な接合が可能となる効果を有し、導電材料同士を接合させ電流を導通させる接合方法として有用である。
本発明の実施の形態１に係るカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法により得られた電極の接合構造を示す図 本発明の実施の形態１に係るカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法を説明する図 本発明の実施の形態２に係るカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法を説明する図 本発明の実施の形態３のカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法に用いる基板の電極について説明する図 従来の電極の接合方法を説明する図 従来の電極の接合方法により接合した電極の接合構造を説明する図
符号の説明
１ 半導体装置
２ バンプ電極
３ ガラス基板
４ ＩＴＯ（透明電極）
５ カーボンナノチューブ
６ ＮＣＰ
７ 電極接合面
８ フラッシュ装置
９ 閃光
１１，１２ 金属電極
１３ 貫通孔

Claims (4)

  1. 第１の電極と第２の電極を接合して導通させる電極の接合方法において、前記第１の電極と前記第２の電極の間にカーボンナノチューブを挟み、前記第１の電極および前記第２の電極に光を照射し、前記カーボンナノチューブを発火させ、前記第１の電極と前記第２の電極の電極接合面を融着させることを特徴とするカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法。
  2. 前記第１の電極は電子部品の電極であり、前記第２の電極は光透過性基板に形成した透明電極であり、前記光透過性基板に前記電子部品を実装した面の反対側から前記光を照射することを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法。
  3. 前記第１の電極は電子部品の電極であり、前記第２の電極は光透過性基板に形成した光を透過しない電極で貫通孔を設けており、前記光透過性基板に前記電子部品を実装した面の反対側から前記光を照射することを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法。
  4. 前記第１の電極は電子部品の電極であり、前記第２の電極は光透過性基板に形成した光を透過しない電極であり、前記光透過性基板に端面から前記光を照射することを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブを用いた電極の接合方法。
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CN101916735A (zh) * 2010-07-19 2010-12-15 江阴长电先进封装有限公司 碳纳米管团簇作芯片凸点的倒装芯片封装结构的制作方法

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