JP2009158593A - バンプ構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バンプを十分な強度で接合したバンプ構造を得る。
【解決手段】 スズ系金属層１をバンプ２の下に配置するバンプ構造を用いる。また、そのバンプ構造を作成する製造方法において、スズ系金属層１をバンプを形成する際のエッチングストップ層としても用いる。スズ系金属層の材質は、スズ、スズ−銅、スズ−鉛、スズ−亜鉛、スズ−ビスマス、スズ−インジウム、スズ−銀−銅、スズ−亜鉛−ビスマス、および、スズ−銀−インジウム−ビスマスからなる群から選ばれることができる。スズ系金属層に代えてガリウム系金属層を用いることもできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器の回路を実装するためのバンプ構造およびその製造方法に関し、特に、電子機器に用いられるＩＣ等の電子デバイスにおける回路実装を行うためのバンプ構造およびその製造方法に関する。

従来、電子回路の実装密度を高めるため、バンプを用いて多数の接続用端子を備えたＩＣなどのチップをプリント配線基板（ＰＷＢ）に接続する方式として、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）などの接続形態が知られている。そこでは、ＰＷＢにある端子や配線とＩＣなどのチップの配線とを接続するために、チップの一方の面や、あるいは、インターポーザまたはサブストレートと呼ばれる中間基板にＩＣを搭載しておく場合には、そのインターポーザの一方の面に、ＰＷＢに対する電気的接続をとるためのバンプを形成しておくことが行われている。

また、ＰＷＢ自体の構成を高密度化させるために、いわゆるビルドアップ基板などの多層基板が知られている。それにより、回路基板の両面に電子回路部品を例えば表面実装技術（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によって実装したり、各層の電気配線を隣り合った層や所望の層の間で導通させるために、バイアホール（ｖｉａ ｈｏｌｅ）と呼ばれる導通のため設けた穴を介して層間接続部を設けることが行われている。この層間接続部としてバンプを利用する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

これらの場合において、バンプの形成方法は、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成する場合や、銅や銅合金などの金属によって形成される場合がある。特に金属によってバンプが形成される場合には、ＩＣなどのチップ、インターポーザ、多層のＰＷＢの単一の層（以下、総称して「基板」という）などの一面に金属箔などの膜状の金属（金属層）を配置し、その上にフォトレジストによってあらかじめ所定のパターンを形成してエッチングマスクとし、そして、酸やアルカリなどの薬液（エッチャント）によって金属層のフォトレジストに覆われていない部分をエッチングにより除去する工程が用いられる。

実際の基板では、バンプを形成しない部分にも金属性の端子（バンプを用いない部品の接続用の端子や回路配線）が配置されていることが多いため、金属層をエッチングしてバンプを形成する場合には、バンプのためのエッチングによってこれらの金属がエッチングされたりダメージを受けたりしないようにして処理を行う必要がある。

また、銅や銅合金を用いて接続用のバンプを作製する際に、銅のエッチングを行うためのエッチャントに対してエッチングされにくい金属（例えばニッケル）を用いて、バンプのエッチングの深さ、すなわち、バンプの高さを制御する方法が知られている（例えば、特許文献１、段落［００２０］〜［００２２］）。さらに、ガリウムを含む導電ペーストが特許文献２に開示されている。
特開２００２−３５９４７１号公報 特開昭５７−１０７５０１号公報

エッチングによる基板の端子や配線へのダメージを緩和するための方策として、エッチングされにくいニッケルの層を用いる上述したような手法を適用すると、ニッケルの層を銅などの金属箔と端子などが形成された基板との間に配置して、銅のエッチングをニッケルによってストップさせるという構成が考えられる。

しかし、このような構成においては、その後にニッケルを除去するためにエッチングを行う必要があり、そのエッチングの際には、バンプそれ自体またはバンプの下にある端子や配線にエッチャントによるダメージを与えないようにする必要がある。

さらに、このような構成を用いるためには、銅箔にニッケルを積層したものを用いてニッケルを基板上の端子に接合するか、あるいは、端子のある基板にニッケルをメッキなどにより積層して、その上に銅箔を接合する必要がある。これらの接合は容易に行うことはできない。

特に、近年電子機器の回路にも高い耐衝撃性が求められている。このため、バンプ構造をＩＣなどの比較的質量の大きい回路部品の実装に用いる場合には、インターポーザがある場合も含めて、ＩＣやインターポーザとＰＷＢとの間をハンダボールによって接続するＢＧＡ接続部にも高い耐衝撃性が求められている。このような要求を満たすように接合を行うことは、ニッケルを用いる場合には容易ではない。

本発明は、上記課題の少なくともいくつかを解決するためになされたものである。

本発明により、バンプから見て下地となる層として低融点金属の層を用いるバンプ構造が得られる。すなわち、銅または銅合金からなるバンプと、第１の面と該バンプに接合される第２の面とによって厚みが規定され、前記第２の面に接する前記バンプの形状に応じて周縁が規定される低融点金属層とを備えてなり、支持部材により保持されて他の回路基板または電子回路部品に接続されるためのバンプ構造が提供される。

本発明における支持部材とは、バンプ構造が設けられる物体を一般に指しており、ＩＣなどのチップ、通常電子部品実装技術分野においてインターポーザ（またはサブストレート）と呼ばれるポリイミド膜やガラス繊維強化樹脂基板などからなる半導体搭載用中間基板、多層プリント配線基板を構成する要素基板、あるいは、半導体チップを搭載するためのソケットや検査用の一時的導通をとるための検査治具、内部に半導体チップを埋め込むことにより実装密度を向上させるために用いられる回路基板において半導体チップを封止するための樹脂充填部といった各種のものを含んでいる。

また、本発明における低融点金属とは、融解させることによって接合が可能になるような融点を持つ金属を一般に指す。つまり、接合対象となる物の特性上許容される程度の温度によって融解が可能な程度に低い融点を有する任意の金属を一般に指す。なお、低融点金属との用語がスズの融点（約２３２℃＝約５０５Ｋ）より低い融点（凝固点）の金属を全般に指すために用いられることがあるが、本発明における低融点金属は、融点がスズの融点より低いものには必ずしも限られず、バンプとなる材料を適切に接合でき、またバンプ構造が配置される部材が耐えうる程度の融点を有している任意の単体の金属および合金を含む。例えば、耐熱性を確保しにくい種類の絶縁層を用いる基板に設けられるバンプ構造では、その絶縁層の耐熱温度以下の融点を有している。

支持部材がＩＣなどの半導体チップである場合には、本発明のバンプ構造を持つＩＣは、バンプ構造が他の回路基板に向くように配置されて該回路基板に設けられたいずれかのパッドとそのバンプとが接合されて電子回路となることができる。同様に、支持部材がインターポーザである場合には、本発明のバンプ構造は、そのインターポーザにおいてＩＣなどの半導体チップが取り付けられていない面に設けたり、取り付けられている面と同一の面の辺縁部に設けられている。インターポーザから他の回路基板に接続する場合に用いられるバンプ構造は、他の回路基板にバンプが向くように取り付けられてそのバンプ構造を利用して半導体チップを当該他の回路基板に接続するために用いることができる。また、インターポーザからそこに搭載される半導体チップに接続するために、インターポーザから半導体チップにバンプが向くように取り付けて用いることもできる。また、支持部材が多層ＰＷＢの一部の層となる基板である場合は、本発明のバンプ構造は、支持部材が同様の他の基板と重ねあわされて多層ＰＷＢの一部となる際に、当該他の基板に設けられた貫通穴を通じて層間接続部となることができる。さらに、支持部材がソケットや検査治具である場合には、本発明のバンプ構造はそのソケットや検査治具に搭載または検査される半導体チップのパッドに向くように取り付けられて、そのパッドに押し当てられて接続が確立される。

そして、本発明の支持部材においてバンプ構造が形成される目的は、上述のように、一般にはバンプによって電気的に接続を行うことであり、その電気的な接続は、他の回路基板に設けた接続部にバンプをハンダ付けによって接合することや他の回路基板に設けた接続部に押圧して接続することを含む。このような支持部材は、多くの場合端子を有していてその端子がバンプ構造によって他の回路基板や電子回路部品に取り付けられるが、本発明のバンプ構造は、支持部材自体と他の回路基板や電子回路部品との間において必ずしも電気的な導通を目的とするものには限られない。本発明のバンプ構造は、電気的導通をとるためのほか、機械的取り付け強度を高めるため、放熱効率を高めるため、取り付け位置精度を確保するため、多層ＰＷＢを構築するために層間接続部を作るためなど、電気・電子回路において考えうる取り付けあるいは保持の任意の目的に用いることができる。また、これらの目的のいずれかにおいて、面積または長さあたりの接続部の数を増大させて実装密度を高めるためにも用いることができる。各目的に応じて、支持部材には、電気的接続の導通のため、機械的取り付けの強度確保のため、放熱の熱の伝導のため、および取り付け位置の規定のために、適切な手段が設けられる。例えば、導通のためには端子が設けられる。

また、本発明においては、バンプ構造の製造方法も提供される。すなわち、本発明においては、金属支持層と該金属支持層に接して配置された低融点金属層と該低融点金属層に接して配置された銅または銅合金の箔とを含む組立体を準備するステップであって、前記低融点金属層は、第１の面において前記金属支持層に接し第２の面において前記銅または銅合金の箔に接するように配置されるものである、組立体を準備するステップと、エッチング用レジスト層を該銅または銅合金の箔の表面に接するよう配置し、該エッチング用レジスト層に所定のレジストパターンを形成するステップと、該レジストパターンを用いて銅または銅合金の箔をエッチングし、エッチング用レジストのない領域の前記銅または銅合金の箔を除去して前記低融点金属層を露出させ、前記レジストパターンに応じて銅または銅合金からなるバンプを形成するステップと、前記エッチング用レジスト層を除去するステップと、バンプの形成されない領域に露出している前記低融点金属層を除去するステップとを含んでなり、それにより前記第２の面に接するバンプの形状に応じて周縁が規定される前記低融点金属層と前記バンプとからなるバンプ構造を得る、バンプ構造形成方法が提供される。

上述の金属支持層は、金属製の支持のための膜状の物体を一般に示しているが、例えば、バンプと低融点金属層とが上に構成された金属端子とすることができ、また、作製後の最終的なバンプ構造においては残存せず、本発明のバンプ構造を作るために利用されるものも含む。

本発明の更なる詳細な構成については、各実施形態に関連して以下にさらに詳細に説明する。

本発明のある実施態様においては、バンプを形成する金属の下に融点の低い金属の下地層を用いる。この下地層は、エッチングストップ層となり、また、接合層ともなる。これにより、この実施形態においては、良好な形状のバンプを形成してバンプや端子あるいは基板へのダメージを軽減することができる。また、この実施形態においては、銅または銅合金のバンプと基板の端子が強固に接合され、機械的な強度が高く接続の信頼性の高いバンプを作成することができる。そして、融点が低いため接合が比較的容易に行うことができ、バンプが接合されることによる利点を低コストで実現することができる。

［第１実施形態］
以下図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、本発明のバンプ構造のうち、支持部材が基板であってその基板に設けられたパッドにそのバンプ構造が作成される場合を示す。以下の第１〜第５の実施形態においては、低融点金属層の金属としてはスズ系金属を用いる場合を用いて示す。

［構成］
図１は、第１の実施態様のバンプ構造１０を基板４に作製したものの構成を示す断面図である。バンプ構造１０は、スズ系金属層１と銅からなるバンプ２を備えている。スズ系金属層１は、第１の面１ａとバンプ２に接合される第２の面１ｂとによって厚みが規定されている。このまた、スズ系金属層１の第１の面１ａはパッド３に接しており、パッド３は、図の紙面の手前および奥の向きと図の左右方向の向きとに広がりを持つある厚みの基板４に形成されている。その基板４には、パッド３と同じ金属によって配線３ａも形成されている。

基板４の上面のうち、バンプ構造１０が形成されていない部分には、ソルダーレジスト層５が形成されている。また、バンプ２がソルダーレジスト層５から露出する面には、ニッケル金メッキによる表面処理層６が設けられる。

スズ系金属層１の組成は、本発明においては、スズ、スズ−銅、スズ−鉛、スズ−亜鉛、スズ−ビスマス、スズ−インジウム、スズ−銀−銅、スズ−亜鉛−ビスマス、および、スズ−銀−インジウム−ビスマスが好適である。これらの金属は、融点が低く、また、銅からなるバンプ２に対して良好な接合性を示す。さらに、パッド３が例えば銅の層によって作例されている場合には、スズ系金属層１がそのパッド３に対しても良好な接合性を示す。本実施の形態のスズ系金属層１にはスズが用いられる例を示す。このスズ系金属層１の組成は、必ずしも一様な組成のものである必要はない。すなわち、スズ系金属層１それ自体は単一の層（膜）とすることもでき、また、多層膜とすることができる。さらに、スズ系金属層１は、材質がバンプ２やパッド３の材質と固溶していてパッド３側との界面（第１の面１ａ）およびバンプ２側の界面（第２の面１ｂ）の一方または両方において組成比が緩慢に変化する場合や、作製時にはスズ系金属層１それ自体が単一の組成の層であったものの、これらの界面やその間においてスズ系金属層１、パッド３およびバンプ２の成分が偏析や凝集を起こして組成分布に偏りを生じているような層も含んでいてもよい。

バンプ２は、バンプが形成される面から突出して凸部を形成する立体構造物を一般に指しており、より広い面積の円となる底面をスズ系金属層１に接するように向けて、より狭い面積の円となる上面（頂部）を基板４ら突出させるように配置される。また、バンプ２の形状は任意である。バンプ２形状の例を挙げれば、図に示したような円錐台（頂部を底面に並行面で切り取られた円錐の一部）のほかに、円筒型、円錐型を含み、近似するとこれらのいずれかとみなせるような立体形状（例えば、コニーデ形状や台地形状）などとすることができる。さらには、バンプ２の形状は、円錐台などの円断面を有する形状（回転体形状）以外にも、多角形断面を有する立体形状など任意の形状とすることができる。これらの形状は典型的にはバンプ２の形状を決めるためのレジストパターン、エッチング条件、バンプ２を形成するための元の層の層厚などの条件を調整することによって調整可能である。また、バンプ２の形状の寸法は特に限定されないが、１０〜５００ミクロン程度の高さだけ基板の面から突出するようにされ、さらに、バンプが円断面の場合には、直径が０．１〜１０ｍｍ程度の範囲になるようにされることが多い。バンプ２の材質は、銅または銅合金とされる。銅合金は銅を少なくとも含む合金を指す。

本実施形態においてバンプ構造１０が電気的接続を目的として設けられる場合、パッド３は電気的接続をとるために用いられる。この端子は、電子部品を取り付けるためのパッドを一般には指しているが、そのような取り付けのための特定の領域を有していない導体部分（配線、アースライン、シールドラインなどの中間部分）も含んでいる。これらの端子はＩＣからの、および／またはＩＣへの信号や電力を伝えるための端子とすることもできる。また、本実施形態においては、図１に示したようにバンプ構造１は基板４の一方の面のみに示しているが、本発明はこのような片面にバンプ構造１０が形成されるもの以外にも、両面にバンプ構造１０が形成されるもの、あるいは、基板上の位置によってバンプ構造１０の配置されている面が異なるものなど、各種の構成が可能である。

［作製方法］
次に、図１に示したバンプ構造１０を作製するプロセスについて説明する。図２および図３は、このバンプ構造１０を作製するプロセスの各段階の構造を示す断面図である。まず、基板４の一方の面に銅箔をラミネートしてパターニングすることによってパッド３および配線３ａを形成する（図２Ａ）。次に、基板４に無電解メッキによってスズによってスズ系金属層１を形成する（図２Ｂ）。本発明においては、無電解メッキのほかに、電解メッキ、置換メッキ、ハンダレベラー、クラッディングを用いることもできる。ここで、ハンダレベラーを用いる場合には、ハンダ浴に浸漬したり溶融ハンダをコーティングすることによって銅箔を溶融したハンダに接触させ、そのハンダを熱風によって平滑化する手法である。また、クラッディングは、プレスによって銅箔とスズ箔を圧延しながら接合したり、あるいは、銅箔やスズ箔の接合面を真空槽においてアルゴンイオンによってスパッタリング処理（いわゆる逆スパッタ処理）を行って清浄化し、その後たとえば常温において圧接することなどによって行われる接合処理である。また、スズ系金属層として合金を用いる場合にもこれらのメッキを用いることができる。スズ系金属層１の厚みは、好ましくは１０マイクロメートル以下、さらに好ましくは１マイクロメートル以下、例えば０．３マイクロメートルになるように選ばれる。

そして、次に、スズ系金属層１に接するように銅箔２ａを接合する（図２Ｃ）。銅箔２ａは後にバンプ２となる。この銅箔２ａの接合は、スズ系金属層１の融点以上になるように銅箔２ａを配置した基板４をリフロー炉によって加熱し、ハンダ付けに近い要領によって行うことができる。他の処理としては、銅箔２ａの基板４側の面とスズ系金属層１の表面とを十分に清浄な状態になるように、例えば真空槽において逆スパッタ処理を行い、真空槽において減圧下で加圧（プレス）する方法などがある。このようにして、図の下側の面１ａを第１の面とし、図の上側の面を第２の面１ｂとするスズ形金属層１が、第１の面１ａにおいてパッド３と接し、第２の面１ｂにおいて銅箔２ａと接するようにされ、金属支持層となるパッド３と、スズ系金属層１と銅箔２ａとからなる組立体が準備される。

その後、銅箔２ａの表面にエッチングレジスト層を形成し、そのレジスト層を所定のパターンに露光して現像およびベーキング処理をおこなって、レジストパターン６を形成する（図２Ｄ）。レジストパターン６は、パッド３の上部に当たる位置に設けられる。このレジストパターンは、プリント配線基板の金属パターンのパターン形成に用いられる任意の種類のレジストを用いることができ、例えば、ＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）などのフィルム状になっていて貼付して利用できるものや、液体状でスピンコーターやバーコーターによって塗布されて膜を形成するものを用いることができる。これらは適宜加熱焼成され、所定のパターンの照度分布がフォトマスクなどによって生成された紫外光によって露光され、現像等の処理が行われてレジストパターン６として形成される。

レジストパターン６が形成されると、次に、銅箔２ａのエッチング処理を行う。この銅箔２ａは、アルカリ性を示すエッチング液（エッチャント）として、アンモニア銅錯塩２０〜３０重量％、塩化アンモニウム１０〜２０重量％、アンモニア１〜１０重量％の混合水溶液によって行う。このエッチングは、他のウエットエッチングと同様に等方性エッチングであるため、銅箔２ａの厚み方向のみならず、面内方向（例えば図の左右方向）についてもエッチングが進行し、エッチングパターン６に応じて銅箔２ａが円錐台の形状になるバンプ２が形成される（図３Ｅ）。このとき、スズ系金属層１はエッチャントに曝露されるが、この実施形態において用いるアルカリ性エッチャントによってこのスズ系金属層１はエッチングされない。よって、その下にあるパッド３や配線３ａがエッチングされることもない。ここに示したエッチャント以外にも、単位時間当たりのエッチング進行量（エッチングレート）がバンプ２となる銅または銅合金に対して高く、スズ系金属に対して低いかあるいはエッチングできない任意のエッチャントを用いることができる。

エッチング用レジストパターン６は、一般的なアルカリ性剥離液（典型的には、水酸化ナトリウム３％水溶液）によって剥離され、さらにバンプ２をマスクとしてスズ系金属層１が除去される（図３Ｆ）。これにより、スズ系金属層１の周縁１ｃがバンプ２の形状を反映するように規定される。配線３ａに接して配置されていたスズ系金属層１は除去されている。スズ系金属層１のエッチングは、酸性のエッチャントである過硫酸ナトリウムの１０％水溶液を用いる。このスズ系金属層１のエッチングに用いるエッチャントは、バンプ２となる材料に対して低いエッチングレートを示すかエッチングできず、かつスズ系金属層１に対しては、バンプ２（銅箔２ａ）に対するよりも高いエッチングレートを示すものとすることができる。なお、上記のアルカリ性剥離液の代わりに、中性の有機アミン系水溶液によって同様のレジストパターン６の剥離を行うこともできる。

この際、本願発明者がこの処理を試行したところ、この段階でのスズ系金属層１が、酸性エッチャントのみによって良好に除去できない状況にしばしば遭遇している。この原因については、本願発明者の検討によれば、この段階でのスズ系金属層１には、銅の組成比が比較的高い領域が第１の面１ａまたは第２の面１ｂの間に、層状あるいは局所的に形成されている点にあることを見出している。図８に、スズ系金属層１のエッチング処理を行う各段階でのスズ系金属層１の表面写真を示す。ここでは銅箔２ａをエッチングしてバンプを形成せず、スズ系金属層１が経た処理と同じ処理を行って銅箔をスズ系金属層によって下地の銅層に配線に接合し、その銅箔をエッチングしたものをサンプルとしている。

まず、銅箔を除去した段階（図３Ｅの段階）においては、銅箔が除去されてスズ系金属が表面に露出している（図８Ａ）。この段階では、表面はスズ系金属の色（銀灰色）となっている。そして、この段階でスズ系金属を酸系のエッチャントによってエッチングすれば、次に銅の色の層が現れる（図８Ｂ）。この層は、スズ系金属の酸系エッチャントによってエッチングされないため、下地の銅の層までの間にスズ系金属が残っているにもかかわらず、この段階でエッチングが停止してしまう。この銅の層は、色からも容易に確認できるように、スズ系金属層中に拡散してきて偏析している銅の層のひとつである。このため、アルカリ系エッチャントによってこの銅の層のエッチングをおこなうと、再びスズ系金属の層が表れる（図８Ｂ）。以下同様に、スズ系金属層１に相当する層には、スズ系金属層と銅の層が交互に表れてそのたびにエッチングが停止するために、二種類のエッチャント槽を準備しておいて交互にエッチングをおこなってスズ系金属層を除去することが出来る。

本願発明者の検討した例では、スズ系金属層１によって銅箔２ａを配線３に接合するためのリフロー条件などに依存するものの、スズ系金属層１がスズである場合であっても存在し、この銅の組成比の高い領域が５層から７層程度の層状となる。そして、スズ系金属層１が良好に除去できない場合には、スズ系金属層１を除去するステップにおいて、銅のソフトエッチャントを用いることによりこの銅成分を除去することができ、良好なスズ形金属層１の除去が可能であることを見出している。このソフトエッチャントは、上記の銅の組成比の高い領域の数に合わせて用いられ、例えば、スズ系金属層１のための酸性エッチャントによってエッチングする間に、層の数だけの回数エッチングを中断してソフトエッチャントに浸漬するようにしてエッチングを行うことができる。なお、銅のソフトエッチャントの例としては、過酸化水素または過硫酸塩と、無機酸と、カルボキシル基を２個以上有する有機酸の混合液などを用いることができる。

このようにしてエッチングレジスト６とバンプ２下以外のスズ系金属層１を除去した後、ソルダーレジスト層５を形成する（図３Ｇ）。ソルダーレジスト層５は、任意の方法（例えばスクリーン印刷法、リソグラフィー法、ドライフィルム法）によって行うことができる。最後に、無電解ニッケルメッキおよび無電解金メッキによって、バンプ２の露出部にニッケル／金の層７を形成する。

［第２実施形態］
次に、上記第１の実施形態によって作製したバンプ構造１０を用いて接続を行う本発明の第２の実施形態について説明する。この実施形態においては、ハンダボールを用いてバンプを他の電子回路基板または電子部品に接合するものを説明する。

図４は、ハンダボールをバンプ構造に設ける構成を示している。ハンダボール２１は、バンプ２によって保持されており、表面張力によって球形を保っている。このハンダボール２１は、バンプ２の上にクリームハンダを例えばスクリーン印刷法によって配置し、その後、クリームハンダに含まれるハンダ用合金を溶融させてバンプ２がソルダーレジスト層５から露出する面の一部を覆うように形成される。

ここで、ハンダボール２１は、そのハンダボールが形成される際、および、そのハンダボール２１を用いて他の回路基板や電子回路部品などにソルダリングによって接続される際（接続用理フロー処理の際）において加熱される。それらの際の温度においても、スズ系金属層１は融解しないようにスズ形金属層１の材質が選択される。例えば、ハンダボール２１がスズ系の共晶ハンダである場合に、スズ形金属層１はスズとされる。この場合には、ハンダボール２１の形成時あるいはハンダボール２１によるソルダリングの接続を行う温度においてスズ系金属層１の融解を防ぐことが出来る。

［第３実施形態］
図５に、本発明の第３の実施形態を示す。この実施形態は、第１実施形態に示した構成からニッケル・金の層７を除いたものを用いて多層プリント回路基板を作製するものであり、図５は、この場合の作製処理を示す各段階での断面図である。また、基板４４が要素基板として用いられる。この基板４４にはあらかじめ金属の下地層４１と導電層４３からなる金属部が作製されている。

この実施形態では、配線層３ａが支持部材となっている。そして、その配線層３ａとスズ系金属層１と銅箔２ａが積層された組立体が準備されてエッチングレジスト６が銅箔２ａ側の面に形成される（図５Ａ）。ここで、この組立体は、図２Ｂに示した第１実施形態のように、金属の配線層３ａにスズ系金属層１を無電解メッキや電解メッキ、置換メッキなどにより形成してそこに銅箔２ａを接合させることによって作製されていてもよいし、逆に、銅箔２ａにスズ系金属層１を無電解メッキや電解メッキ、置換メッキなどにより形成してそこに配線層３ａを接合させることによって作製してもよい。いずれの場合にも、組立体はプレスされて接合されたり、あるいは、プレスされずに、あるいはプレスとともに加熱してスズ系金属層１を融解させて接合することができる。

次に、第１実施形態と同様にバンプ２が形成され、スズ系金属層１もエッチングされて支持部材としての配線層３ａに保持されたバンプ構造１０が形成される（図５Ｂ）。そして、そのバンプ構造１０が形成されない部分に絶縁層となる熱硬化性の樹脂９が配置される（図５Ｃ）。あらかじめ金属部が作製された基板４４に、バンプの位置が金属部の位置に合う様に位置合わせされ、基板４４に向かってバンプ構造１０を向けて、全体が加圧され、加熱されて一体化がなされる（図５Ｄ）。その配線層３ａの上には、配線層３ａからパッド３を所望のパターンに形成するためのエッチングレジスト１１が形成される。そして、そのエッチングレジスト１１を用いてエッチングが行われて、配線層３ａからパッド３がパターニングされる。パッド３のある面には、ソルダーレジスト１２が保護層として形成される（図５Ｅ）。こうして、パッド３と金属部端子が他の回路基板に電気的に接続にされたバンプ構造が得られる。

［第４実施形態］
図６に、本発明の第４の実施形態を示す。この実施形態におけるバンプ構造１０は、充填樹脂部１４に保持されるものである。図６は、このような実施形態のバンプ構造を利用する場合のバンプ構造の作製の態様およびその利用の態様を示す各段階の構造を断面図によって示している。この実施形態においても、第３実施形態と同様に、まず、配線層３ａとスズ系金属層１と銅箔２ａが積層された組立体を準備しその配線層３ａの上にエッチングレジスト６を配置する（図６Ａ）。そして、エッチングレジスト６のパターンに従って銅箔２ａをエッチングしてバンプ２とし、そのバンプ２をマスクとして用いてスズ系金属層１をエッチングし、バンプ構造１０を得る（図６Ｂ）。このバンプ構造においては、スズ系金属層１の周縁がバンプ２の形状に応じて定まっている。ここで、図示しないが、ニッケルおよび金をそれぞれメッキして保護層を形成しておく。また、集積回路チップ（半導体ダイ）３１はバンプ２の各頂部に対応する位置に接続パッド３２を有していて、予めその接続パッド３２にはハンダ２２が形成されている。このハンダは、ハンダメッキまたはハンダ印刷によって形成される。そして、集積回路チップ３１をバンプ２がバンプ２の頂部に合うように位置合わせして搭載し、加熱下で集積回路チップ３１をバンプ２に加圧することにより、ハンダ２２を介してパッド３２とバンプ２とを接合する（図６Ｃ）。

さらに、配線３の集積回路チップ３１側の空間に充填樹脂部１４によって満たして、その充填樹脂部１４の配線層３ａとは反対側の面に配線用銅箔８ａを適当な接着層を介して貼付する。その後、配線用銅箔８ａ、充填樹脂部１４、および配線層３ａをバイアホール１６によって貫通させ、その内面にニッケルメッキによって層間接続配線１８を形成する。さらに、配線層３ａおよび配線用銅箔８ａの表面に、所定のパターンのエッチングレジスト１１を得る（図６Ｄ）。

エッチングレジスト１１のパターンに従って、配線層３ａおよび配線用銅箔８ａをエッチングすることにより、バンプ構造１０によって集積回路チップ３１のパッド３２に接続がとられているパッド３と、パッド３のある面とは反対側の面に設けられた配線８とが、必要に応じてバイアホール１８によって接続されて作製される（図６Ｅ）。図示しないが、必要に応じて、ハンダの付着位置を制御するためなどの目的でソルダーレジスト層を適宜配置し、また、無電解ニッケルメッキおよび無電解金メッキを行って配線８やパッド３の表面を処理することができる。

また、図６Ｄに示した段階においてエッチングレジスト１１のパターンを工夫し、いくつかのバンプ構造１０に対して対応するパッド３が配置されないように構成することもできる（図示しない）。これは、スズ系金属層１が配線層３ａのエッチングに対してエッチングストップ層として作用するためである。スズ系金属層１が露出するこのような構成においては、バンプ構造につながる電極の最表面がスズ系金属層となるため、特段の表面処理を行わなくても良好なハンダ接続性が得られる。また、露出したスズ系金属層１に対して本発明に記載した方法によってさらにバンプを形成してバンプを積層することも可能となる。

なお、本実施形態においては、充填樹脂部１４によって集積回路チップが封止された構成のものを示したが、集積回路チップを他の電子回路基板に搭載する際にその搭載のためにインターポーザを用いる例は、例えば図１に示した実施形態１のように作製したバンプ構造を集積回路チップに設けたパッド（図６Ｃ〜Ｅのパッド３２と同等のもの）に対して接続するようにすることによっても実現することができる。

［第５実施形態］
図７に、本発明の第５の実施形態を示す。この実施形態におけるバンプ構造１０は、基板４に保持されるものである。本実施形態は、第１実施形態に示した構造（図１）と異なり、少なくともスズ系金属層（低融点金属層）１の周縁部１ｃの上を保護層７ａにより被覆している。ここで、保護層７ａの材質は、融点の高い金属が選択される。この金属の例は、例えば、銅、ニッケル、金、ニッケル／金の積層体を用いることができる。そして、この保護層７ａの膜厚は、例えば０．５μｍ以上、３０μｍ以下とすることができる。このような保護層７ａの作製方法は特に限定されないが、例えば、電解メッキや無電解メッキによって作製することができる。このような構成は、例えば図３Ｆの構成が得られた段階において保護層７ａを形成したり、図３Ｇの構成においてソルダーレジスト層５によってスズ系金属層１の周縁１ｃが覆われていない段階において保護層７ａを形成したり、図３Ａの構成におけるパッド３が図３Ｅにおけるエッチングレジスト６よりも広く作製されていてスズ系金属層１の周縁１ｃが露出されている段階で保護層７ａを形成することにより実現される。このように保護層７ａを設けることにより、例えばバンプ構造１０がその後にハンダによって他の回路や基板などに接続される（ソルダリングされる）際に、スズ系金属層１が融解してしまうような温度条件を用いることが可能になる。本実施形態では、このような条件であっても、保護層７ａがあるためにスズ系金属層１が融解してバンプ２が脱落したり大きく位置がずれることはなく、安定したソルダリング処理を行うことができる。また、保護層７ａによって、バンプ２の表面の銅を酸化から守ることができる効果があり、さらに、バンプ構造１０の高さを増大させることも可能になる。

［第６実施形態］
以上の各実施形態とは異なり、本発明は、スズ系金属層の代りの低融点金属層として、ガリウム系金属を用いることもできる。ガリウム系金属の例としては、ガリウム以外に、亜鉛、スズ、インジウム、ビスマス、銅、ニッケル、コバルト、金からなる金属群から選択される少なくとも一種類の金属を含む合金を用いることができる。このような合金は、特開昭５７−１０７５０１に開示される導電ペーストを図２Ｃの構造と同様の構造を作製することができる。この際、導電ペーストの組成によっては導電ペーストを配置し、銅箔２ａとパッド３とを互いに圧着して加熱する事によって接合を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形、変更および組合わせが可能である。

図１は、本発明のある実施形態におけるバンプ構造の構成を示す断面図である。 図２は、本発明のある実施形態におけるバンプ構造の製造時の各段階での構造を示す断面図である。 図３は、本発明のある実施形態におけるバンプ構造の製造時の各段階での構造を示す断面図である。 図４は、本発明のハンダボールを用いる実施形態におけるバンプ構造の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の他の実施形態におけるバンプ構造の製造時の各段階での構造を示す断面図である。 図６は、本発明のさらに他の実施形態におけるバンプ構造時の各段階での構造を示す断面図である。 図７は、本発明のさらに他の実施形態におけるバンプ構造の構成を示す断面図である。 図８は、本発明のある実施形態の実験例においてスズ系金属層をエッチングする際に表れる各層の表面を撮影した写真である。

符号の説明

１０ バンプ構造
１ 低融点金属層（スズ系金属層、ガリウム系金属層）
２ バンプ
３ パッド
４ 基板
５ ソルダーレジスト
６ エッチングレジスト
７ ニッケル／金の層
８ 配線

Claims (20)

1. 銅または銅合金からなるバンプと、
   第１の面と該バンプに接合している第２の面とによって厚みが規定され、前記第２の面に接する前記バンプの形状に応じて周縁が規定される低融点金属層と
   を備えてなり、支持部材により保持されて他の回路基板または電子回路部品に接続されるバンプ構造。
2. 前記低融点金属層の金属が、スズ、スズ−銅、スズ−鉛、スズ−亜鉛、スズ−ビスマス、スズ−インジウム、スズ−銀−銅、スズ−亜鉛−ビスマス、および、スズ−銀−インジウム−ビスマスからなるスズ系金属の群から選択される、請求項１に記載のバンプ構造。
3. 前記低融点金属層の金属がガリウム系金属であり、該ガリウム系金属が、亜鉛、スズ、インジウム、ビスマス、銅、ニッケル、コバルト、金からなる金属群から選択される少なくとも一種類の金属をガリウムとともに含む合金からなる、請求項１に記載のバンプ構造。
4. 前記バンプは、接続用リフロー処理を行うソルダリングによって他の回路基板または電子回路部品に接続されるリフロー接続用バンプであり、
   前記低融点金属層が該接続用リフロー処理において融解しない融点をもつ金属からなる請求項１に記載のバンプ構造。
5. 前記バンプは、接続用リフロー処理を行うソルダリングによって他の回路基板または電子回路部品に接続されるリフロー接続用バンプであり、
   前記低融点金属層が該接続用リフロー処理において融解しうる融点をもつ金属からなり、
   前記低融点金属層の該融点よりも高い融点をもち、前記低融点金属層の前記周縁を少なくとも被覆する高融点金属による保護層をさらに備える請求項１に記載のバンプ構造。
6. 前記接続用ハンダとして、前記バンプの少なくとも一部を覆うように設けられるハンダボールをさらに備える請求項１に記載のバンプ構造。
7. 前記バンプが、低融点金属層の前記第１の面が前記支持部材における金属端子に接するように前記低融点金属層により該金属端子に接合されて前記支持部材から突出しており、それにより該金属端子が他の回路基板または電子回路部品に電気的に接続可能にされている請求項１に記載のバンプ構造。
8. 前記支持部材が配線層であり、前記他の回路基板と該配線層により絶縁層が挟持されており、前記バンプが、該絶縁層の貫通穴を通って前記配線層と前記他の回路基板に設けられた金属部とに接続されていて、それにより、前記配線層と前記金属部が前記他の回路基板に電気的に接続可能にされている請求項１に記載のバンプ構造。
9. 前記バンプが前記支持部材の絶縁部に少なくとも一部が埋め込まれて支持されていて、前記低融点金属層の前記第１の面が前記絶縁部から露出しており、前記バンプが前記第２の面に接する面以外の一部において電子回路部品の金属端子に接続または接合されていて、これにより前記電子回路部品の金属端子が他の回路基板または電子回路部品に接続可能にされている請求項１に記載のバンプ構造。
10. 前記低融点金属層において、互いに組成の異なる複数の層または領域が前記第１の面から第２の面までの間に存在し、当該複数の層または領域のいくつかは隣接する層または領域よりも銅の組成比率が高くなっている請求項１に記載のバンプ構造。
11. 金属支持層と該金属支持層に接して配置された低融点金属層と該低融点金属層に接して配置された銅または銅合金の箔とを含む組立体を準備するステップであって、前記低融点金属層は、第１の面において前記金属支持層に接し第２の面において前記銅または銅合金の箔に接するように配置されるものである、組立体を準備するステップと、
    エッチング用レジスト層を該銅または銅合金の箔の表面に接するよう配置し、該エッチング用レジスト層に所定のレジストパターンを形成するステップと、
    該レジストパターンを用いて銅または銅合金の箔をエッチングし、エッチング用レジストのない領域の前記銅または銅合金の箔を除去して前記低融点金属層を露出させ、前記レジストパターンに応じて銅または銅合金からなるバンプを形成するステップと、
    前記エッチング用レジスト層を除去するステップと、
    バンプの形成されない領域に露出している前記低融点金属層を除去するステップと
    を含んでなり、それにより前記第２の面に接するバンプの形状に応じて周縁が規定される前記低融点金属層と前記バンプとからなるバンプ構造を得るバンプ構造形成方法。
12. 前記組立体を準備するステップは、
    前記第１の面が前記金属支持層に接するように前記低融点金属層を前記金属支持層に配置するステップと、
    前記銅または銅合金の箔を、前記低融点金属層の前記第２の面に接するように配置し、該低融点金属層によって該銅または銅合金の箔を前記金属支持層の少なくとも一部に接合するステップと
    を含む、請求項１１に記載のバンプ構造形成方法。
13. 前記銅または銅合金の箔は、前記低融点金属層の前記第２の面が前記銅または銅合金の箔に接するよう前記低融点金属層があらかじめ配置されているものであり、
    前記組立体を準備するステップは、前記低融点金属層の前記第１の面が前記金属支持層の表面の少なくとも一部に接するよう該銅または銅合金の箔を配置し、該低融点金属層によって前記銅または銅合金の箔を前記金属支持層の前記一部に接合するステップを含む、請求項１１に記載のバンプ構造形成方法。
14. 前記組立体を準備するステップは、前記組立体を厚み方向にプレスして該低融点金属層によって前記銅または銅合金の箔を前記金属支持層の前記一部に接合するステップを含む、請求項１１に記載のバンプ構造形成方法。
15. 前記低融点金属層の金属が前記金属支持層の耐熱温度より融点が低いものであり、
    前記組立体を準備するステップは、前記低融点金属層のソルダリングによって前記銅または銅合金の箔を前記金属支持層の前記一部に接合するステップを含む、請求項１１に記載のバンプ構造形成方法。
16. 前記低融点金属層の配置が、無電解めっき、電解めっき、置換めっき、ハンダレベラー、および、クラッディングからなる群から選択される手法により行われる請求項１１に記載のバンプ構造形成方法。
17. 銅または銅合金の箔をエッチングしてバンプを形成する前記ステップが、前記銅または銅合金の箔に対して高いエッチングレートを示すとともに、前記低融点金属層の金属に対して低いエッチングレートを示すかまたはエッチングすることができない第１のエッチャントを用いてエッチングを行うステップであり、
    低融点金属層を除去する前記ステップが、前記低融点金属層の金属に対して高いエッチングレートを示すとともに、前記銅または銅合金の箔に対して低いエッチングレートを示すかまたはエッチングすることができない第２のエッチャントを用いてエッチングを行うステップである、請求項１１に記載のバンプ構造形成方法。
18. 前記第１のエッチャントがアルカリ性エッチング液であり、
    前記第２のエッチャントが酸性エッチング液である、請求項１７に記載のバンプ構造形成方法。
19. 前記低融点金属層を除去する前記ステップが、前記第１のエッチャントを用いてエッチングを行うステップか、または、前記銅または銅合金の箔に対して高いエッチングレートを示す第３のエッチャントを用いてエッチングするステップをさらに含み、これにより該低融点金属層に偏析した銅の比率の高い組成物を除去する請求項１７に記載のバンプ構造形成方法。
20. 前記バンプ構造のうち少なくとも前記バンプを支持部材により保持するステップと、
    該前記金属支持層を除去するステップと
    をさらに含み、低融点金属層がスズ系金属からなる請求項１１に記載のバンプ構造形成方法。