JP2014183100A - 電子部品の接合方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品同士の位置ずれによる接合不良を低減する電子部品の接合方法および電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】第１の電子部品に形成された第１の端子であり、前記第１の端子の先端が前記第１の端子を形成している第１の金属材料よりも融点の高い第１の導電性材料で形成された前記第１の端子を、第２の電子部品に形成された第２の端子に位置合わせした状態で、前記第１の金属材料および前記第２の端子が溶融しない温度で前記第１の導電性材料を前記第２の端子に接合し、前記第１の金属材料および前記第２の端子の少なくとも何れかが溶融する温度でリフローする。
【選択図】図７

Description

本願は、電子部品の接合方法および電子機器に関する。

近年、コンピュータ等の電子機器は、処理速度の高速化や小型化の一途を辿っている。このため、電子部品同士を電気的に接続する接続端子も高精細化してきており、電子部品同士を接合する様々な接合方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

特開２００６−３０３３４５号公報

電子部品に形成された接続端子の先端を他の電子部品に接触させて接合する場合、電子部品の位置ずれが生じていると、接合部分の信頼性が低下したり電気特性にばらつきが生じたりする可能性が高くなる。そこで、電子部品に形成された接続端子の先端を他の電子部品に接触させて接合する場合は、電子部品同士の位置ずれを最小限にすることが望まれる。しかし、電子部品は温度に応じて熱膨張し或いは反りを発生することがあるため、電子部品同士を接合する際は、接続端子を溶解させる際の熱で電子部品同士の位置ずれが生じやすい。よって、接続端子の高精細化に対応するには、電子部品同士の位置ずれによる接合不良を最小限に抑制する技術が求められる。

そこで、本願は、電子部品同士の位置ずれによる接合不良を低減する電子部品の接合方法および電子機器を提供することを目的とする。

本願は、次のような電子部品の接合方法を開示する。
第１の電子部品に形成された第１の端子であり、前記第１の端子の先端が前記第１の端子を形成している第１の金属材料よりも融点の高い第１の導電性材料で形成された前記第１の端子を、第２の電子部品に形成された第２の端子に位置合わせした状態で、前記第１の金属材料および前記第２の端子が溶融しない温度で前記第１の導電性材料を前記第２の端子に接合し、
前記第１の金属材料および前記第２の端子の少なくとも何れかが溶融する温度でリフローする、
電子部品の接合方法。

また、本願は、次のような電子機器を開示する。
第１の端子が形成された第１の電子部品と、
前記第１の端子と接合される第２の端子が形成された第２の電子部品と、を備え、
前記第２の端子は、前記第１の端子の先端を形成しており且つ前記第１の端子を形成している第１の金属材料よりも融点の高い第１の導電性材料に接合されており、
前記第１の金属材料および前記第２の端子のうち少なくとも何れかの端子は、前記第２の端子と接合された前記第１の導電性材料を被覆するようにリフローされた、
電子機器。

上記電子部品の接合方法および電子機器であれば、電子部品同士の位置ずれによる接合不良が低減する。

電子部品を示した図の一例である。 接続端子を示した図の一例である。 封止樹脂が形成された電子部品を示した図の一例である。 接続端子の先端を形成するバリア層を平坦化する処理を示した図の一例である。 電子部品を位置合わせする処理を示した図の一例である。 バリア層同士を接合する処理を示した図の一例である。 溶融金属を溶解する処理を示した図の一例である。 バリア層が溶融金属に被覆された状態を示した図の一例である。 位置ずれが生じたまま接合された電子部品を示した図の一例である。 位置ずれが生じたまま接合されたバリア層が溶融金属に被覆された状態を示した図の一例である。 第１変形例に係る電子部品を位置合わせする処理を示した図の一例である。 第１変形例に係る電子部品のバリア層同士を接合する処理を示した図の一例である。 第１変形例に係る電子部品の溶融金属を溶解する処理を示した図の一例である。 第１変形例に係る電子部品のバリア層が溶融金属に被覆された状態を示した図の一例である。 第２変形例に係る電子部品を位置合わせする処理を示した図の一例である。 第２変形例に係る電子部品のバリア層同士を接合する処理を示した図の一例である。 第２変形例に係る電子部品の溶融金属を溶解する処理を示した図の一例である。 第２変形例に係る電子部品のバリア層が溶融金属に被覆された状態を示した図の一例である。 めっきシード層が形成された電子部品を示した図の一例である。 パターニングしためっきレジストが形成された電子部品を示した図の一例である。 金属端子が形成された電子部品を示した図の一例である。 溶融金属が形成された電子部品を示した図の一例である。 バリア層が形成された電子部品を示した図の一例である。 めっきレジストが除去された電子部品を示した図の一例である。 めっきシード層がエッチングされた電子部品を示した図の一例である。 上記実施形態や各変形例に係る接合方法以外の方法で接合された比較例に係る電子部品の一例である。 比較例に係る半導体素子の接続端子を示した図の一例である。 比較例に係る半導体素子の接続端子の変形例を示した図の一例である。 比較例に係る半導体素子を位置合わせする処理を示した図の一例である。 回路基板のパッドに接合された接続端子を示した図の一例である。 位置ずれが生じた状態の半導体素子を示した図の一例である。 位置ずれが生じたまま接合された半導体素子を示した図の一例である。 比較例に係る半導体素子を位置合わせする処理の変形例を示した図の一例である。 接続端子の先端を形成する溶融金属にリフローが施されないまま回路基板に接合された半導体素子を示した図の一例である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本願の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

＜実施形態＞
図１は、電子部品を示した図の一例である。電子部品１は、表面に配列された各パッド１０にめっきシード層１１を挟んで接続端子（本願でいう「第１の端子」の一例である）１２が形成されている。接続端子１２は、金属端子１３、溶融金属（本願でいう「第１の金属材料」の一例である）１４、及びバリア層（本願でいう「第１の導電性材料」の一例である）１５によって形成される。溶融金属１４は、電子部品１に他の電子部品を接合する際に溶融させ、他の電子部品と結合させる部分であるため、特定の温度で溶融する材料で形成されていることが好ましい。特定の温度で溶融する材料としては、例えば、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ｓｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｓｎ−Ａｕを挙げることができる。電子部品１は、各接続端子１２を介して他の電子部品に接合されるものであれば如何なるものであってもよく、例えば、半導体素子や回路基板を適用することができる。

図２は、接続端子を示した図の一例である。接続端子１２の先端は、バリア層１５で形成されている。バリア層１５は、溶融金属１４を形成している材料よりも融点の高い導電性材料で形成されている。溶融金属１４を形成している材料よりも融点の高い導電性材料としては、例えば、Ｎｉ，Ｚｎ，Ｗ，Ｃｕやこれらの組み合わせ（例えば、Ｃｕ上にＮｉを形成したもの等）を挙げることができる。また、バリア層１５は、溶融金属１４を形成している材料よりも融点の高い導電性材料を樹脂中に混合させたペースト状のものであってもよい。

上記電子部品１は、例えば、次のような方法で他の電子部品と接合する。

図３は、封止樹脂が形成された電子部品を示した図の一例である。電子部品１に接合する他の電子部品と電子部品１との間を樹脂で封止したい場合、例えば、図３に示すように、接合前に封止樹脂１６を予め電子部品１に形成しておくことができる。接合前に封止樹脂１６を予め電子部品１に形成しておけば、電子部品１に接合する他の電子部品と電子部品１との間が極めて狭い場合であっても、十分な封止を行うことができる。なお、本願で開示する電子部品の接合方法は、接合前に封止樹脂１６を予め電子部品１に形成する処理を含む態様に限定されるものではない。すなわち、電子部品１に接合する他の電子部品と電子部品１との間は、接合後に封止樹脂が充填されるようにしてもよいし、封止樹脂自体を省略してもよい。

図４は、接続端子の先端を形成するバリア層を平坦化する処理を示した図の一例である。バリア層１５によって先端が形成された各接続端子１２の高さが揃っていない場合、接合部分が接触不良になる可能性が高い。しかし、接続端子１２の先端を形成するバリア層１５を平坦化し、接続端子１２の先端の高さを揃えておけば、接合部分が接触不良になる可能性を低減できる。

バリア層１５によって先端が形成された各接続端子１２の先端の高さは、例えば、次のようにして揃えることができる。すなわち、例えば、図４に示すように、切削工具の一種であるバイトＢを用意する。そして、バイトＢが電子部品１の表面に対して相対的に平行に動くように、例えば、電子部品１をチャックで保持したターンテーブルを回転させる。
すると、各接続端子１２の先端を形成するバリア層１５が切削される。このとき、封止樹脂１６についてもバリア層１５と共に切削される。各接続端子１２の先端を形成するバリア層１５は、電子部品１の表面と相対的に平行に動くバイトＢによって平坦化されるため、各接続端子１２の先端が同じ高さに揃うことになる。

なお、各接続端子１２の先端の高さは、バイトＢを使った切削加工によって揃える態様に限定されるものではない。例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）やエッ
チャントを用いたウェットエッチング、ミリングを用いたドライエッチング等の手法を適用してもよい。

また、本願で開示する電子部品の接合方法は、接続端子１２の先端を形成するバリア層１５を平坦化する処理を含む態様に限定されるものではない。すなわち、バリア層１５によって形成される各接続端子１２の先端の高さが既に揃っているか、或いは、高さが揃っていなくても接触不良の可能性が低ければ、バリア層１５を平坦化する処理を省略してもよい。

図５は、電子部品を位置合わせする処理を示した図の一例である。バリア層１５を平坦化した後は、電子部品１の位置合わせを行う。ここでは、電子部品１に接合する他の電子部品２に、電子部品１と同様、表面に配列された各パッド２０にめっきシード層２１を挟んで接続端子（本願でいう「第２の端子」の一例である）２２が形成されている。接続端子２２は、金属端子２３、溶融金属（本願でいう「第２の金属材料」の一例である）２４、及びバリア層（本願でいう「第２の導電性材料」の一例である）２５によって形成されている。よって、電子部品１の位置合わせは、例えば、電子部品１の各接続端子１２が電子部品２の各接続端子２２の位置に合うように、電子部品２を電子部品１の上に載せる。

なお、本願で開示する電子部品の接合方法は、電子部品１に接合する他の電子部品の接続端子が、電子部品２の接続端子２２のように溶融金属２４やバリア層２５で形成したものに限定されるものではない。電子部品１は、例えば、溶融金属やバリア層が省略されている他の電子部品の接続端子に、電子部品１に形成されているバリア層１５が接触するように接合してもよい。

図６は、バリア層同士を接合する処理を示した図の一例である。電子部品１の位置合わせを行った後は、電子部品１のバリア層１５と電子部品２のバリア層２５とを、溶融金属１４および溶融金属２４が溶融しない温度で接合する。電子部品１のバリア層１５と電子部品２のバリア層２５とを、溶融金属１４および溶融金属２４が溶融しない温度で接合する方法としては、例えば、固相拡散接合が挙げられる。固相拡散接合を行う場合は、例えば、バリア層１５とバリア層２５とを密着させて加圧・加熱し、密着面に原子の拡散を生じさせてバリア層１５とバリア層２５とを接合する。なお、溶融金属１４および溶融金属２４が溶融しない温度でバリア層１５とバリア層２５とを接合できれば、固相拡散接合以外の接合方法、例えば、液相拡散接合等を適用してもよい。

図７は、溶融金属を溶解する処理を示した図の一例である。バリア層１５とバリア層２５とを接合した後は、溶融金属１４および溶融金属２４の少なくとも何れかが溶融する温度でリフローを行う。リフロー時の温度は、溶融金属１４および溶融金属２４の少なくとも何れかが溶融するものの、バリア層１５およびバリア層２５の何れも溶融しない温度とする。リフローを行うと、溶融金属１４および溶融金属２４のうち少なくとも何れかの溶融金属が溶解し、バリア層１５およびバリア層２５が被覆される。

図８は、バリア層が溶融金属に被覆された状態を示した図の一例である。バリア層１５およびバリア層２５が溶融金属に被覆されることにより、電子部品１は他の電子部品１と
強固に接合された状態になる。

図９は、位置ずれが生じたまま接合された電子部品を示した図の一例である。電子部品２を電子部品１に搭載する装置の搭載精度の実力如何では、電子部品２が位置ずれを生じた状態で電子部品１に搭載される場合が有り得る。しかし、上記の接合方法であれば、バリア層１５とバリア層２５とを接合した後にリフローを行っているため、位置ずれによって減少するバリア層１５とバリア層２５との接触部分の面積が溶融金属によって補われる。

図１０は、位置ずれが生じたまま接合されたバリア層が溶融金属に被覆された状態を示した図の一例である。位置ずれが生じている場合でも、リフローが行われることにより、バリア層１５の表面のうちバリア層２５が接触していない部分が溶融金属によって覆われ、バリア層２５の表面のうちバリア層１５が接触していない部分が溶融金属によって覆われる。従って、電子部品１と電子部品２との間の接合信頼性の低下や電気特性のばらつきを生じる可能性が低くなる。

＜第１変形例＞
図１１は、第１変形例に係る電子部品を位置合わせする処理を示した図の一例である。上記実施形態に係る電子部品１の接続端子１２は、例えば、図１１に示すように、他の電子部品２に設けられている接続端子２２よりも横幅が細いものであってもよい。本第１変形例に係る電子部品１Ａの位置合わせは、例えば、電子部品１Ａの各接続端子１２Ａの中心が電子部品２の各接続端子２２の中心に合うように、電子部品２を電子部品１Ａの上に載せる。

図１２は、第１変形例に係る電子部品のバリア層同士を接合する処理を示した図の一例である。電子部品１Ａの位置合わせを行った後は、電子部品１Ａのバリア層１５Ａと電子部品２のバリア層２５とを、溶融金属１４Ａおよび溶融金属２４が溶融しない温度で接合する。バリア層１５Ａの横幅がバリア層２５の横幅よりも細いため、バリア層２５の表面のうちバリア層１５Ａが接触していない部分はバリア層１５Ａに接合されないままの状態となる。

図１３は、第１変形例に係る電子部品の溶融金属を溶解する処理を示した図の一例である。バリア層１５Ａとバリア層２５とを接合した後は、溶融金属１４Ａおよび溶融金属２４の少なくとも何れかが溶融する温度でリフローを行う。上記の接合方法であれば、バリア層１５Ａとバリア層２５とを接合した後にリフローを行っているため、バリア層１５Ａの横幅がバリア層２５の横幅よりも細くても、バリア層１５Ａとバリア層２５との接触部分の面積が溶融金属によって補われる。

図１４は、第１変形例に係る電子部品のバリア層が溶融金属に被覆された状態を示した図の一例である。リフローを行うと、溶融金属１４Ａおよび溶融金属２４のうち少なくとも何れかの溶融金属が溶解し、バリア層１５Ａが被覆される。すなわち、上記の接合方法であれば、リフローが行われるため、接続端子１２Ａの横幅が接続端子２２の横幅よりも細くても、バリア層２５の表面のうちバリア層１５Ａが接触していない部分が溶融金属によって覆われる。従って、電子部品１Ａと電子部品２との間の接合信頼性の低下や電気特性のばらつきを生じる可能性が低い。

なお、本第１変形例は、他の電子部品２の接続端子２２を、電子部品１Ａに設けられている接続端子１２Ａよりも横幅が細いものにしてもよい。

＜第２変形例＞
図１５は、第２変形例に係る電子部品を位置合わせする処理を示した図の一例である。上記実施形態に係る電子部品１の接続端子１２の先端を形成するバリア層１５は、接続端子１２の先端方向に向かって尖った形状で形成されていてもよい。本第２変形例に係る電子部品１Ｂの位置合わせは、例えば、電子部品１Ｂの各接続端子１２Ｂの先端が電子部品２の各接続端子２２の中心に合うように、電子部品２を電子部品１Ｂの上に載せる。

図１６は、第２変形例に係る電子部品のバリア層同士を接合する処理を示した図の一例である。電子部品１Ｂの位置合わせを行った後は、電子部品１Ｂのバリア層１５Ｂと電子部品２のバリア層２５とを、溶融金属１４Ｂおよび溶融金属２４が溶融しない温度で接合する。接続端子１２Ｂの先端が尖っているため、接続端子１２Ｂの先端が尖っていない場合に比べると、バリア層１５Ｂおよびバリア層２５の特定の箇所に荷重が集中することになる。よって、バリア層１５Ｂおよびバリア層２５の接合に要する荷重を、先端の尖っていない接続端子を接合する場合に比べて小さくしても、バリア層１５Ｂとバリア層２５とを接合できる。例えば、固相拡散接合の場合、接合状態を左右する要素としては荷重と温度が支配的である。従って、バリア層１５Ｂとバリア層２５とを固相拡散接合する場合であれば、先端の尖っている接続端子１２Ｂの方が、先端の尖っていない接続端子を接合する場合よりも圧力を小さくできるため、接合しやすい。

図１７は、第２変形例に係る電子部品の溶融金属を溶解する処理を示した図の一例である。バリア層１５Ｂとバリア層２５とを接合した後は、溶融金属１４Ｂおよび溶融金属２４の少なくとも何れかが溶融する温度でリフローを行う。上記の接合方法であれば、バリア層１５Ｂとバリア層２５とを接合した後にリフローを行っているため、接続端子１２Ｂの先端が尖っていても、バリア層１５Ｂとバリア層２５との接触部分の面積が溶融金属によって補われる。

図１８は、第２変形例に係る電子部品のバリア層が溶融金属に被覆された状態を示した図の一例である。リフローを行うと、溶融金属１４Ｂおよび溶融金属２４のうち少なくとも何れかの溶融金属が溶解し、バリア層１５Ｂが被覆される。すなわち、上記の接合方法であれば、リフローが行われるため、接続端子１２Ｂの先端が尖っていても、バリア層２５の表面のうちバリア層１５Ｂが接触していない部分が溶融金属によって覆われる。従って、電子部品１Ｂと電子部品２との間の接合信頼性の低下や電気特性のばらつきを生じる可能性が低い。

なお、本第２変形例は、接続端子１２Ｂの先端ではなく、接続端子２２の先端が尖っていてもよい。

＜端子の形成方法＞
先端をバリア層１５で形成した接続端子１２は、例えば、次のような方法で形成することができる。

図１９は、めっきシード層が形成された電子部品を示した図の一例である。先端をバリア層１５で形成した接続端子１２を形成したい場合、例えば、図１９に示すように、電子部品１の表面のうち他の電子部品１と電気接続するためのパッド１０が配列されている面にめっきシード層１１を形成する。

図２０は、パターニングしためっきレジストが形成された電子部品を示した図の一例である。電子部品１の表面にめっきシード層１１を形成した後は、めっきレジストＲを形成する。そして、めっきレジストＲを露光し、パッド１０が配列されている部分が開口するようにパターニングを行う。

図２１は、金属端子が形成された電子部品を示した図の一例である。電子部品１の表面にパターニングしためっきレジストＲを形成した後は、めっきレジストＲの開口部分に金属材料をめっき処理で埋め込んで金属端子１３を形成する。

図２２は、溶融金属が形成された電子部品を示した図の一例である。金属端子１３を形成した後は、例えば電解めっきを行い、めっきレジストＲの開口部分に溶融金属１４の金属材料を埋め込んで溶融金属１４を形成する。

図２３は、バリア層が形成された電子部品を示した図の一例である。溶融金属１４を形成した後は、めっきレジストＲの開口部分にバリア層１５の金属材料をめっき処理で埋め込んでバリア層１５を形成する。

図２４は、めっきレジストが除去された電子部品を示した図の一例である。バリア層１５を形成した後は、めっきレジストＲの除去を行う。これにより、接続端子１２の周囲にめっきシード層１１が露出する。

図２５は、めっきシード層がエッチングされた電子部品を示した図の一例である。めっきレジストＲの除去を行った後は、エッチング液等を使い、接続端子１２の周囲に露出しているめっきシード層１１のエッチングを行う。これにより、先端がバリア層１５で形成された接続端子１２が完成する。

なお、上記の方法は、他の電子部品２の接続端子２２を形成する際にも適用可能である。また、先端の尖った接続端子１２Ｂを形成したい場合は、例えば、異方性エッチング等の技術を用い、接続端子１２Ｂの先端が尖るように縦横比を調整しながらエッチングを行う。

＜実施形態の効果＞
上記実施形態や各変形例に係る接合方法であれば、接合部分に電気的な抵抗部分を形成することなく、電子部品と他の電子部品との相対的な位置ずれを抑制できる。

図２６は、上記実施形態や各変形例に係る接合方法以外の方法で接合された比較例に係る電子部品の一例である。半導体素子同士、または半導体素子と回路基板とを接続する接続端子としては、例えば、図２６に示すような、半導体素子１０１に配列した柱状の金属端子１１３の先端が溶融金属１１４で形成されている突起状の接続端子１１２がある。

図２７は、比較例に係る半導体素子の接続端子を示した図の一例である。接続端子１１２は、接合する半導体素子１０１および回路基板１０２の熱膨張差や反りに対応するため、例えば、接続端子１１２の幅に対するアスペクト比が１以上となるように金属端子１１３が高く形成されている。金属端子１１３の先端には、接合を行うための溶融金属１１４が形成されている。例えば、金属端子１１３がＣｕで形成され、溶融金属１１４がはんだで形成されている場合、接続端子１１２の幅が３５μｍであれば、金属端子１１３の高さを３０μｍにし、溶融金属１１４の高さを１３μｍとすることにより、アスペクト比を１以上にすることができる。

図２８は、比較例に係る半導体素子の接続端子の変形例を示した図の一例である。接続端子１２２は、金属端子１２３と溶融金属１２４との間に、溶融金属１２４が金属端子１２３に拡散するのを抑制するためのバリア層１２５を形成したものである。接続端子１２２は、例えば、金属端子１２３がＣｕで形成され、溶融金属１２４がはんだで形成されている場合であれば、バリア層１２５をＮｉで形成することにより、溶融金属１２４が金属端子１２３に拡散するのを抑制できる。

上記の接続端子１１２や接続端子１２２は、予めリフロー処理が施されており、先端がドーム状になっている。よって、上記接続端子１１２や接続端子１２２を他の電子部品に接合する際は、例えば、以下に示すようにして接合する。

図２９は、比較例に係る半導体素子を位置合わせする処理を示した図の一例である。比較例に係る半導体素子１０１を回路基板１０２に接合する際は、半導体素子１０１の位置合わせを行う。回路基板１０２の表面には、半導体素子１０１の接続端子１１２と接合されるパッド１１０が配列されている。よって、半導体素子１０１の位置合わせは、例えば、半導体素子１０１の各接続端子１１２が回路基板１０２の各パッド１１０の位置に合うように、半導体素子１０１を回路基板１０２の上に載せる。

図３０は、回路基板のパッドに接合された接続端子を示した図の一例である。半導体素子１０１の位置合わせを行った後は、溶融金属１１４が溶解する温度でリフローを行うことにより、図３０に示すように、回路基板１０２のパッド１１０に接続端子１１２が接合される。

図３１は、位置ずれが生じた状態の半導体素子を示した図の一例である。半導体素子１０１は、各接続端子１１２の先端がリフローによってドーム状になっているため、回路基板１０２のパッド１１０の上を滑りやすい。よって、半導体素子１０１を回路基板１０２に搭載する装置の搭載精度が高く、図３１において破線で示すように、各接続端子１１２が各パッド１１０の位置に合うように搭載されていたとしても、半導体素子１０１と回路基板１０２との熱膨張差や反り、うねり等の原因で半導体素子１０１が滑り、位置ずれが生じる場合が有り得る。

図３２は、位置ずれが生じたまま接合された半導体素子を示した図の一例である。半導体素子１０１が位置ずれを生じたまま回路基板１０２に接合されると、半導体素子１０１と回路基板１０２との接触部分に十分な接触面積が確保されず、接続端子１１２とパッド１１０との間の接合信頼性の低下や電気特性のばらつきを生じる可能性が高まる。また、溶融金属１１４の量が多い場合、溶融金属１１４にリフローを施して接続端子１１２の先端をドーム状にする場合に、溶融した金属が金属端子１１３側にこぼれ落ちてショート等の原因にもなり得る。

図３３は、比較例に係る半導体素子を位置合わせする処理の変形例を示した図の一例である。本変形例に係る半導体素子１０３の接続端子１３２は、半導体素子１０１の接続端子１１２のようにリフロー処理を施しておらず、例えば、図３３で示すように、電解めっきで溶融金属１３４を形成した際の凹凸が先端に残っている。

図３４は、接続端子の先端を形成する溶融金属にリフローが施されないまま回路基板に接合された半導体素子を示した図の一例である。半導体素子１０３は、各接続端子１２２の先端を形成する溶融金属１３４がリフローされておらず、凹凸が残っているため、回路基板１０２のパッド１１０の上を滑りにくい。よって、各接続端子１３２が各パッド１１０の位置に合った状態で半導体素子１０３を回路基板１０２に接合しやすい。しかし、各接続端子１３２の先端を形成する溶融金属１３４をリフローしないままパッド１１０に接合した場合、パッド１１０の表面が溶融金属１３４で濡れずにボイドＶが残る可能性がある。ボイドＶは、パッド１１０のように相手材の表面が平坦な場合に顕著に現れる。よって、半導体素子１０３と回路基板１０２との接触部分に十分な接触面積が確保されず、接続端子１３２とパッド１１０との間の接合信頼性の低下や電気特性のばらつきを生じる可能性が高まる。

一方、上記実施形態や各変形例に係る接合方法であれば、接続端子の先端をバリア層で形成し、溶融金属が溶融しない温度でバリア層を接合した後、溶融金属を溶融させている。よって、電子部品同士の熱膨張差や反り、うねり等の原因で半導体素子が滑り、位置ずれが生じる可能性が低い。このため、電子部品同士が適切に接合され、接合部分に加わる応力への耐性や品質、信頼性が向上する。

以下、上記実施形態に係る接合方法を実際に適用して接合した第１実施例について説明する。本第１実施例では、互いに同様の接続端子を表面に形成した半導体素子同士を接合する。

本第１実施例では、上記電子部品１の一例に相当する半導体素子を、切断前のウェハ状態でプローブテストにより歩留り確認を行った。その後、半導体素子の回路面側にスパッタ装置を用いて、上記めっきシード層１１の一例に相当する厚さ１００ｎｍのＴｉと厚さ５００ｎｍのＣｕの膜をめっきシード層として形成した。次に、上記めっきレジストＲの一例に相当する厚さ５０μｍのポジ型めっきレジストを、めっきシード層の全面を覆うように形成した。次に、接続端子１２の端子形状がパターンニングされた露光マスクを用いてめっきレジストに光を照射し、めっきレジストにパターニングを行った。なお、めっきレジストにパターニングを施した半導体素子のサイズは４×８ｍｍである。そこで、露光マスクは、端子形状が円柱となり、端子ピッチが５０ｕｍ、端子数が９６００となるようにパターニングされたものを用いた。

次に、Ｏ₂アッシング処理を行ってめっき液との濡れ性の改善を図った後、上記金属端
子１３の一例に相当する３０μｍの金属端子を形成する目的で、Ｃｕめっき処理を電流密度４ＡＳＤで３０分間行った。その後、上記溶融金属１４の一例に相当する溶融金属としてＳｎ−Ａｇはんだをめっきレジストの開口部分に７μｍの厚さで埋め込んだ。また、上記バリア層１５の一例に相当するバリア層としてＮｉを７μｍの厚さで埋め込んだ。そして、めっきレジストを除去した。最後に、シードエッチング処理を行って各接続端子の周囲に露出しているめっきシード層を除去し、各接続端子を電気的に独立させた。

上記一連の処理を経て接続端子を半導体素子に形成した後は、上記実施形態に係る接合方法のように、封止樹脂を形成してから切削による平坦化を実施した。次に、フリップチップボンダで位置合わせした後、蟻酸リフロー装置を用いて１８０℃／３０ｍｉｎの条件で半導体素子のバリア層を他の半導体素子のバリア層に接合した。最後に、ピークトップ温度２５０℃のリフロー処理を行い、溶融金属であるＳｎ−Ａｇはんだを溶融させ、半導体素子同士の接合を完了した。

上記一連の処理を経て半導体素子同士を接合した本第１実施例に係る半導体装置の接続歩留りは、１０００サンプル作製しても不良がゼロという結果になった。

また、本第１実施例に係る半導体装置のプローブテストを行い、特性評価を行った。その結果、本第１実施例に係る半導体装置は電気特性のばらつきが５％以下であることが確認された。この電気特性のばらつきは、比較対象として上記一連の処理において同時作成しておいた、バリア層が無くＳｎ−Ａｇはんだのみで厚さ１４μｍの接続端子を半導体素子に形成し、他の半導体素子に接合した半導体装置に比べても良好な結果であった。

また、本第１実施例に係る半導体装置は、−５５℃から１２５℃の温度サイクル試験を１０００サイクル、１２５℃の高温放置試験を５０４時間実施しても良好な接合状態を維持できることが確認された。

以下、上記実施形態に係る接合方法を実際に適用して接合した第２実施例について説明する。

本第２実施例は、上記第１実施例と基本的に同様であるが、接続端子の径が互いに異なる半導体素子同士を接合した。すなわち、本第２変形例では、接続端子の端子径が３５μｍの半導体素子と２５μｍの半導体素子とを用意し、これらの半導体素子同士を接合した。その他の点については、上記第１変形例の場合と同様である。すなわち、半導体素子に接続端子を形成するプロセスや、半導体素子同士を接合する際のリフロー条件等は、上記第１実施例の場合と同様である。

上記一連の処理を経て半導体素子同士を接合した本第２実施例に係る半導体装置の接続歩留りは、１０００サンプル作製しても不良がゼロという結果になった。

また、本第２実施例に係る半導体装置のプローブテストを行い、特性評価を行った。その結果、本第２実施例に係る半導体装置は電気特性のばらつきが５％以下であることが確認された。この電気特性のばらつきは、比較対象として上記一連の処理において同時作成しておいた、バリア層が無くＳｎ−Ａｇはんだのみで厚さ１４μｍの接続端子を半導体素子に形成し、他の半導体素子に接合した半導体装置に比べても良好な結果であった。

また、上記一連の処理を経て半導体素子同士を接合した本第２実施例に係る半導体装置は、−５５℃から１２５℃の温度サイクル試験を１０００サイクル、１２５℃の高温放置試験を５０４時間実施しても良好な接合状態を維持できることが確認された。

１，１Ａ，２・・電子部品
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，１１０・・パッド
１１，１１Ａ，１１Ｂ，２１・・めっきシード層
１２，１２Ａ，１２Ｂ，２２，１１２，１２２，１３２・・接続端子
１３，１３Ａ，１３Ｂ，２３，１１３，１２３，１３３・・金属端子
１４，１４Ａ，１４Ｂ，２４，１１４，１２４，１３４・・溶融金属
１５，１５Ａ，１５Ｂ，２５，１２５・・バリア層
１６，１６Ａ，１６Ｂ，２６・・封止樹脂
１０１，１０３・・半導体素子
１０２・・回路基板
Ｂ・・バイト
Ｒ・・めっきレジストＲ
Ｖ・・ボイド

Claims (6)

1. 第１の電子部品に形成された第１の端子であり、前記第１の端子の先端が前記第１の端子を形成している第１の金属材料よりも融点の高い第１の導電性材料で形成された前記第１の端子を、第２の電子部品に形成された第２の端子に位置合わせした状態で、前記第１の金属材料および前記第２の端子が溶融しない温度で前記第１の導電性材料を前記第２の端子に接合し、
   前記第１の金属材料および前記第２の端子の少なくとも何れかが溶融する温度でリフローする、
   電子部品の接合方法。
2. 前記第２の端子の先端は、前記第２の端子を形成している第２の金属材料よりも融点の高い第２の導電性材料で形成されており、
   前記第１の導電性材料を前記第２の端子に接合する工程では、前記第１の端子を前記第２の端子に位置合わせした状態で、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料が溶融しない温度で前記第１の導電性材料を前記第２の導電性材料に接合する、
   請求項１に記載の電子部品の接合方法。
3. 前記第１の電子部品に形成されている複数の前記第１の端子の高さが揃うように、前記第１の端子の先端を覆う前記第１の導電性材料を平坦化し、
   前記第２の電子部品に形成されている複数の前記第２の端子の高さが揃うように、前記第２の端子の先端を覆う前記第２の導電性材料を平坦化し、
   前記第１の導電性材料を前記第２の端子に接合する工程では、前記第１の端子を前記第２の端子に位置合わせした状態で、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料が溶融しない温度で前記第１の導電性材料を前記第２の導電性材料に接合する、
   請求項２に記載の電子部品の接合方法。
4. 前記第２の端子の先端は、前記第２の金属材料よりも融点の高い導電性材料であって、前記第２の端子の先端方向に向かって尖った形状の第２の導電性材料で形成されており、
   前記第１の導電性材料を前記第２の端子に接合する工程では、前記第１の端子を前記第２の端子に位置合わせした状態で、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料が溶融しない温度で前記第１の導電性材料を前記第２の導電性材料の尖った部分に接合する、
   請求項２に記載の電子部品の接合方法。
5. 前記第１の導電性材料を前記第２の端子に接合する工程では、前記第１の端子を前記第２の端子に位置合わせした状態で、前記第１の金属材料および前記第２の端子が溶融しない温度で前記第１の導電性材料を前記第２の端子に拡散接合する、
   請求項１から４の何れか一項に記載の電子部品の接合方法。
6. 第１の端子が形成された第１の電子部品と、
   前記第１の端子と接合される第２の端子が形成された第２の電子部品と、を備え、
   前記第２の端子は、前記第１の端子の先端を形成しており且つ前記第１の端子を形成している第１の金属材料よりも融点の高い第１の導電性材料に接合されており、
   前記第１の金属材料および前記第２の端子のうち少なくとも何れかの端子は、前記第２の端子と接合された前記第１の導電性材料を被覆するようにリフローされた、
   電子機器。

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