JP2018037509A - 多層配線基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】異方導電性接合部材と、複数の電極12を有する配線基板11とを具備する多層配線基板30を作製する方法であって、異方導電性接合部材が、無機材料からなる絶縁性基材2と、絶縁性基材の厚み方向に貫通し、互いに絶縁された状態で設けられた、導電性部材からなる複数の導通路3とを有する。複数の導通路が、絶縁性基材の表面から突出した突出部分を有しており、配線基板が有する複数の電極の高さが10μm以下であり、異方導電性接合部材と配線基板とを、非導電性の熱硬化性樹脂を用いて接着する仮接合プロセスと、熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で加熱することにより、異方導電性接合部材が有する導通路と配線基板が有する電極とを電気的に接合する本接合プロセスと、をこの順に有する。
【選択図】図3E
Description
この異方導電性接合部材は、半導体素子等の電子部品と回路基板との間に挿入し、加圧するだけで電子部品と回路基板間の電気的接続が得られるため、半導体素子等の電子部品等の電気的接続部材や機能検査を行う際の検査用コネクタ等として広く使用されている。
特に、半導体素子等の電子部品は、ダウンサイジング化が顕著であり、従来のワイヤーボンディングのような配線基板を直接接続するような方式や、フィリップチップボンディング、サーモコンプレッション(熱圧着)ボンディングなどでは、接続の安定性を十分に保証することができないため、電子接続部材として異方導電性接合部材が注目されている。
すなわち、本発明者は、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
異方導電性接合部材が、無機材料からなる絶縁性基材と、絶縁性基材の厚み方向に貫通し、互いに絶縁された状態で設けられた、導電性部材からなる複数の導通路とを有し、複数の導通路が、絶縁性基材の表面から突出した突出部分を有しており、
配線基板が有する複数の電極の高さが10μm以下であり、
異方導電性接合部材と配線基板とを、非導電性の熱硬化性樹脂を用いて接着する仮接合プロセスと、
熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で加熱することにより、異方導電性接合部材が有する導通路と配線基板が有する電極とを電気的に接合する本接合プロセスと、をこの順に有する、多層配線基板の製造方法。
[2] 仮接合プロセスの前に、熱硬化性樹脂を含む樹脂層が、異方導電性接合部材における、配線基板が有する電極と電気的に接合する側の表面に設けられている、[1]に記載の多層配線基板の製造方法。
[3] 仮接合プロセスの前に、熱硬化性樹脂を含む樹脂層が、配線基板における、異方導電性接合部材が有する導通路と電気的に接合する側の表面に設けられている、[1]または[2]に記載の多層配線基板の製造方法。
[4] 本接合プロセスにおいて、加圧した後または加圧した状態で加熱を行う、[1]〜[3]のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
[5] 本接合プロセスの後に、熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度で加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させる樹脂硬化プロセスを有する、[1]〜[4]のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明の多層配線基板の製造方法(以下、「本発明の製造方法」と略す。)は、異方導電性接合部材と、複数の電極を有する配線基板と、を具備する多層配線基板を作製する多層配線基板の製造方法である。
また、本発明の製造方法は、異方導電性接合部材と配線基板とを、非導電性の熱硬化性樹脂を用いて接着する仮接合プロセスを有する。
また、本発明の製造方法は、仮接合プロセスの後に、熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で加熱することにより、異方導電性接合部材が有する導通路と配線基板が有する電極とを電気的に接合する本接合プロセスを有する。
また、本発明の製造方法は、本接合プロセスの後に、熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度で加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させる樹脂硬化プロセスを有していることが好ましい。
これは、詳細には明らかではないが、およそ以下のとおりと推測される。
すなわち、本接合プロセスにおいて、熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で加熱することにより、熱硬化性樹脂が配線基板の電極間や異方導電性接合部材の導通路間に流動しやすくなり、配線基板の電極と異方導電性接合部材の導通路との接合部に残存し難くなるため、導通性が良好になると考えられる。
また、上述した通り、熱硬化性樹脂が配線基板の電極間や異方導電性接合部材の導通路間に流動することにより、流動した熱硬化性樹脂が、配線基板の電極と異方導電性接合部材の導通路との接合部を周囲から補強する材料として機能するため、信頼性が良好になると考えられる。
以下に、本発明の製造方法で用いる異方導電性接合部材、配線基板および熱硬化性樹脂、ならびに、本発明の製造方法が有する仮接合プロセス、本接合プロセスおよび任意の樹脂硬化プロセスについて詳述する。
本発明の製造方法で用いる異方導電性接合部材は、無機材料からなる絶縁性基材と、絶縁性基材の厚み方向に貫通し、互いに絶縁された状態で設けられた、導電性部材からなる複数の導通路と、を具備している。
また、各導通路は、絶縁性基材の表面から突出した突出部分を有している。
次に、異方導電性接合部材の構成について、図1Aおよび図1Bならびに図2を用いて説明する。
また、導通路3は、図1Aおよび図1Bに示すように、互いに絶縁された状態で絶縁性基材2を厚み方向Z(Z1:図1Aの裏面から正面の方向,Z2:図1Aの正面から裏面の方向)に貫通して設けられている。
更に、導通路3は、図1Bに示すように、絶縁性基材2の表面2aおよび2bから突出した突出部分3aおよび3bを有している。
ここで、「互いに絶縁された状態」とは、絶縁性基材の内部(厚み方向)に存在している各導通路が絶縁性基材の内部において互いに絶縁された状態であることを意味する。
また、導通路3は、図2に示すように、互いに絶縁された状態で絶縁性基材2を厚み方向に貫通して設けられている。
更に、導通路3は、図2に示すように、絶縁性基材2の表面2aおよび2bから突出した突出部分3aおよび3bを有しており、この突出部分3aおよび3bの端部が、樹脂層4に埋設している。
異方導電性接合部材を構成する絶縁性基材は、無機材料からなり、従来公知の異方導電性フィルム等を構成する絶縁性基材と同程度の電気抵抗率(1014Ω・cm程度)を有するものであれば特に限定されない。
なお、「無機材料からなり」とは、後述する熱硬化性樹脂と区別するための規定であり、無機材料のみから構成された絶縁性基材に限定する規定ではなく、無機材料を主成分(50質量%以上)とする規定である。
ここで、上記バルブ金属としては、具体的には、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン等が挙げられる。
これらのうち、寸法安定性がよく、比較的安価であることからアルミニウムの陽極酸化膜(基材)であるのが好ましい。
ここで、絶縁性基材の厚みは、異方導電性接合部材の断面を電解放出形走査型電子顕微鏡により観察し、10点で測定した厚みの平均値をいう。
ここで、各導通路の間隔とは、隣接する導通路間の幅(図1Bにおいては符号7で表される部分)をいい、異方導電性接合部材の断面を電解放出形走査型電子顕微鏡により20万倍の倍率で観察し、隣接する導通路間の幅を10点で測定した平均値をいう。
異方導電性接合部材を構成する複数の導通路は、上記絶縁性基材の厚み方向に貫通し、互いに絶縁された状態で設けられた、導電性部材からなる導通路である。
また、上記導通路は、絶縁性基材の表面から突出した突出部分を有している。
上記導通路を構成する導電性部材は、電気抵抗率が103Ω・cm以下の材料であれば特に限定されず、その具体例としては、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)、インジウムがドープされたスズ酸化物(ITO)等が好適に例示される。
中でも、電気伝導性の観点から、銅、金、アルミニウム、ニッケルが好ましく、銅、金がより好ましい。
上記導通路の突出部分は、導通路が絶縁性基材の表面から突出した部分である。
同様に、上記導通路の突出部分の直径は、5nm超10μm以下であるのが好ましく、20nm〜1000nmであるのがより好ましい。
ここで、導通路の突出部分の高さは、異方導電性接合部材の断面を電解放出形走査型電子顕微鏡により2万倍の倍率で観察し、導通路の突出部分の高さを10点で測定した平均値をいう。
同様に、導通路の突出部分の直径は、異方導電性接合部材の断面を電解放出形走査型電子顕微鏡により観察し、導通路の突出部分の直径を10点で測定した平均値をいう。
上記導通路は柱状であり、その直径(図1Bにおいては符号8で表される部分)は、突出部分の直径と同様、5nm超10μm以下であるのが好ましく、20nm〜1000nmであるのがより好ましい。
異方導電性接合部材の作製方法は特に限定されないが、例えば、上記絶縁性基材に設けられた貫通孔に上記導電性材料を存在させて上記導通路を形成する導通路形成工程と、導通路形成工程の後に上記絶縁性基材の表面のみを一部除去し、上記導通路を突出させるトリミング工程とを有する製造方法等が挙げられる。
上記絶縁性基材は、例えば、貫通孔を有するガラス基板(Through Glass Via:TGV)をそのまま用いることができるが、上記導通路の開口径や突出部分のアスペクト比を上述した範囲とする観点から、バルブ金属に対して陽極酸化処理を施す方法が好ましい。
上記陽極酸化処理としては、例えば、上記絶縁性基材がアルミニウムの陽極酸化皮膜である場合は、アルミニウム基板を陽極酸化する陽極酸化処理、および、上記陽極酸化処理の後に、上記陽極酸化により生じたマイクロポアによる孔を貫通化する貫通化処理をこの順に施すことにより作製することができる。
本発明においては、上記絶縁性基材の作製に用いられるアルミニウム基板ならびにアルミニウム基板に施す各処理工程については、特開2008−270158号公報の[0041]〜[0121]段落に記載したものと同様のものを採用することができる。
上記導通路形成工程は、上記絶縁性基材に設けられた上記貫通孔に上記導電性材料を存在させる工程である。
ここで、上記貫通孔に金属を存在させる方法としては、例えば、特開2008−270158号公報の[0123]〜[0126]段落および[図4]に記載された各方法(電解メッキ法または無電解メッキ法)と同様の方法が挙げられる。
また、電解メッキ法または無電解メッキ法においては、金、ニッケル、銅等による電極層を予め設けることが好ましい。この電極層の形成方法としては、例えば、スパッタ等の気相処理;無電解めっき等の液層処理;これらを組合せた処理;等が挙げられる。
上記金属充填工程により、導通路の突出部分が形成される前の異方導電性接合部材が得られる。
上記陽極酸化工程は、上記アルミニウム基板の片面に陽極酸化処理を施すことにより、上記アルミニウム基板の片面に、厚み方向に存在するマイクロポアとマイクロポアの底部に存在するバリア層とを有する陽極酸化膜を形成する工程である。
陽極酸化処理は、従来公知の方法を用いることができるが、マイクロポア配列の規則性を高くし、異方導電性を担保する観点から、自己規則化法や定電圧処理を用いるのが好ましい。
ここで、陽極酸化処理の自己規則化法や定電圧処理については、特開2008−270158号公報の[0056]〜[0108]段落および[図3]に記載された各処理と同様の処理を施すことができる。
上記バリア層除去工程は、上記陽極酸化処理工程の後に、上記陽極酸化膜のバリア層を除去する工程である。バリア層を除去することにより、マイクロポアを介してアルミニウム基板の一部が露出することになる。
バリア層を除去する方法は特に限定されず、例えば、上記陽極酸化処理工程の上記陽極酸化処理における電位よりも低い電位でバリア層を電気化学的に溶解する方法(以下、「電解除去処理」ともいう。);エッチングによりバリア層を除去する方法(以下、「エッチング除去処理」ともいう。);これらを組み合わせた方法(特に、電解除去処理を施した後に、残存するバリア層をエッチング除去処理で除去する方法);等が挙げられる。
上記電解除去処理は、上記陽極酸化処理工程の上記陽極酸化処理における電位(電解電位)よりも低い電位で施す電解処理であれば特に限定されない。
本発明においては、上記電解溶解処理は、例えば、上記陽極酸化処理工程の終了時に電解電位を降下させることにより、上記陽極酸化処理と連続して施すことができる。
特に、上述したように上記電解除去処理と上記陽極酸化処理とを連続して施す場合は、同様の電解液を用いて処理するのが好ましい。
上記電解除去処理における電解電位は、上記陽極酸化処理における電解電位よりも低い電位に、連続的または段階的(ステップ状)に降下させるのが好ましい。
ここで、電解電位を段階的に降下させる際の下げ幅(ステップ幅)は、バリア層の耐電圧の観点から、10V以下であるのが好ましく、5V以下であるのがより好ましく、2V以下であるのが更に好ましい。
また、電解電位を連続的または段階的に降下させる際の電圧降下速度は、生産性等の観点から、いずれも1V/秒以下が好ましく、0.5V/秒以下がより好ましく、0.2V/秒以下が更に好ましい。
上記エッチング除去処理は特に限定されないが、酸水溶液またはアルカリ水溶液を用いて溶解する化学的エッチング処理であってもよく、ドライエッチング処理であってもよい。
化学エッチング処理によるバリア層の除去は、例えば、上記陽極酸化処理工程後の構造物を酸水溶液またはアルカリ水溶液に浸漬させ、マイクロポアの内部に酸水溶液またはアルカリ水溶液を充填させた後に、陽極酸化膜のマイクロポアの開口部側の表面にpH緩衝液に接触させる方法等により、バリア層のみを選択的に溶解させることができる。
一方、アルカリ水溶液を用いる場合は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化リチウムからなる群から選ばれる少なくとも一つのアルカリの水溶液を用いることが好ましい。また、アルカリ水溶液の濃度は0.1〜5質量%であるのが好ましい。アルカリ水溶液の温度は、10〜60℃が好ましく、更に15〜45℃が好ましく、更に20〜35℃であるのが好ましい。なお、アルカリ水溶液には、亜鉛や他の金属を含有していてもよい。
具体的には、例えば、50g/L、40℃のリン酸水溶液、0.5g/L、30℃の水酸化ナトリウム水溶液、0.5g/L、30℃の水酸化カリウム水溶液等が好適に用いられる。
なお、pH緩衝液としては、上述した酸水溶液またはアルカリ水溶液に対応した緩衝液を適宜使用することができる。
ドライエッチング処理は、例えば、Cl2/Ar混合ガス等のガス種を用いることが好ましい。
上記金属充填工程は、上記バリア層除去工程の後に、電解めっき処理を施して陽極酸化膜におけるマイクロポアの内部に金属を充填する工程であり、例えば、特開2008−270158号公報の[0123]〜[0126]段落および[図4]に記載された各方法と同様の方法(電解メッキ法または無電解メッキ法)が挙げられる。
なお、電解メッキ法または無電解メッキ法においては、上述したバリア層除去工程の後にマイクロポアを介して露出するアルミニウム基板を電極として利用することができる。
上記基板除去工程は、上記金属充填工程の後にアルミニウム基板を除去し、金属充填微細構造体を得る工程である。
アルミニウム基板を除去する方法としては、例えば、処理液を用いて、上記金属充填工程においてマイクロポアの内部に充填した金属および絶縁性基材としての陽極酸化膜を溶解せずに、アルミニウム基板のみを溶解させる方法等が挙げられる。
また、上記処理液の濃度としては、0.01〜10mol/Lが好ましく、0.05〜5mol/Lがより好ましい。
また、処理温度としては、−10℃〜80℃が好ましく、0℃〜60℃が好ましい。
上記トリミング工程は、上記導通路形成工程後の異方導電性接合部材表面の絶縁性基材のみを一部除去し、導通路を突出させる工程である。
ここで、トリミング処理は、導通路を構成する金属を溶解しない条件であれば特に限定されず、例えば、酸水溶液を用いる場合は、硫酸、リン酸、硝酸、塩酸等の無機酸またはこれらの混合物の水溶液を用いることが好ましい。中でも、クロム酸を含有しない水溶液が安全性に優れる点で好ましい。酸水溶液の濃度は1〜10質量%であるのが好ましい。酸水溶液の温度は、25〜60℃であるのが好ましい。
一方、アルカリ水溶液を用いる場合は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化リチウムからなる群から選ばれる少なくとも一つのアルカリの水溶液を用いることが好ましい。アルカリ水溶液の濃度は0.1〜5質量%であるのが好ましい。アルカリ水溶液の温度は、20〜50℃であるのが好ましい。
具体的には、例えば、50g/L、40℃のリン酸水溶液、0.5g/L、30℃の水酸化ナトリウム水溶液または0.5g/L、30℃の水酸化カリウム水溶液が好適に用いられる。
酸水溶液またはアルカリ水溶液への浸漬時間は、8〜120分であるのが好ましく、10〜90分であるのがより好ましく、15〜60分であるのが更に好ましい。ここで、浸漬時間は、短時間の浸漬処理(トリミング処理)を繰り返した場合には、各浸漬時間の合計をいう。なお、各浸漬処理の間には、洗浄処理を施してもよい。
ここで、同一平面状に加工する方法としては、例えば、物理的研磨(例えば、遊離砥粒研磨、バックグラインド、サーフェスプレーナー等)、電気化学的研磨、これらを組み合わせた研磨などが挙げられる。
加熱処理は、金属の酸化を抑制する観点から還元性雰囲気で施すことが好ましく、具体的には、酸素濃度が20Pa以下で行うことが好ましく、真空下で行うことがより好ましい。ここで、真空とは、大気よりも気体密度または気圧の低い空間の状態をいう。
また、加熱処理は、矯正の目的で、材料を加圧しながら行うことが好ましい。
本発明の製造方法で用いる配線基板は、基板と、高さが10μm以下の複数の電極とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
ここで、電極の高さは、配線基板の断面を電解放出形走査型電子顕微鏡により10000倍の倍率で観察し、電極の高さを10点で測定した平均値をいう。
また、本発明の製造方法で用いる配線基板は、基板(例えば、シリコン基板)上に集積回路が実装された半導体チップであってもよい。半導体チップとしては、メモリ、イメージセンサー、ロジック、パワー半導体等が挙げられる。
基板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、プラスチック基板、ガラス基板などが挙げられる。
また、基板の形状、大きさ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
電極の材料としては、金、銀、銅、アルミニウム等が挙げられる。
また、電極の形状は、高さが10μm以下であれば特に限定されず、配線形状であってもよく、目的に応じて適宜選択することができる。
また、電極の高さは、0.05μm以上であることが好ましく、0.1〜5μmであることがより好ましい。
本発明の製造方法で用いる熱硬化性樹脂は、非導電性の熱硬化性樹脂であり、体積抵抗率が1010Ω・cm以上となる熱硬化性の樹脂であることが好ましい。
また、本発明の製造方法で用いる熱硬化性樹脂は、熱硬化性の樹脂だけでなく、熱硬化によって樹脂を形成する低分子化合物も含む。
ここで、熱硬化性樹脂の硬化温度は、樹脂の種類によって異なるため特に限定されないが、大気中で20℃/minで加熱した条件で測定した際の樹脂の粘度が極小値となる温度と定義する。
なかでも、絶縁信頼性がより向上し、耐薬品性に優れる理由から、ポリイミド樹脂および/またはエポキシ樹脂を用いるのが好ましい。
本発明においては、作業性が良好となる理由から、このような熱硬化性樹脂が、後述する仮接合プロセスの前に、熱硬化性樹脂を含む樹脂層として設けられていることが好ましい。
樹脂層を設ける態様としては、具体的には、例えば、熱硬化性樹脂を含む樹脂層が、異方導電性接合部材における、配線基板が有する電極と電気的に接合する側の表面に設けられている態様(例えば、図2参照);熱硬化性樹脂を含む樹脂層が、配線基板における、異方導電性接合部材が有する導通路と電気的に接合する側の表面に設けられている態様;などが挙げられる。
硬化剤を含有する場合、接続対象となる配線基板の電極との接合不良を抑制する観点から、常温で固体の硬化剤を用いず、常温で液体の硬化剤を含有しているのがより好ましい。
ここで、「常温で固体」とは、25℃で固体であることをいい、例えば、融点が25℃より高い温度である物質をいう。
樹脂層の形成方法は特に限定されないが、異方導電性接合部材における、配線基板が有する電極と電気的に接合する側の表面に樹脂層を設ける場合は、上述したトリミング工程の後に、上記絶縁性基材の表面および上記導通路の突出部分に樹脂層を形成する方法が挙げられる。
上記樹脂組成物の塗布方法は特に限定されず、例えば、グラビアコート法、リバースコート法、ダイコート法、ブレードコーター、ロールコーター、エアナイフコーター、スクリーンコーター、バーコーター、カーテンコーター等、従来公知のコーティング方法が使用できる。
また、塗布後の乾燥方法は特に限定されず、例えば、大気下において0〜100℃の温度で、数秒〜数十分間、加熱する処理や、減圧下において0〜80℃の温度で、十数分〜数時間、加熱する処理などが挙げられる。
また、乾燥後の焼成方法は、使用する材料により異なるため特に限定されないが、ポリイミド樹脂を用いる場合には、例えば、160〜240℃の温度で2分間〜1時間加熱する処理等が挙げられ、エポキシ樹脂を用いる場合には、例えば、30〜80℃の温度で2〜60分間加熱する処理等が挙げられる。
本発明の製造方法が有する仮接合プロセスは、上述した異方導電性接合部材と配線基板とを、上述した熱硬化性樹脂(特に、樹脂層)を用いて接着するプロセスである。
同様に、仮接合プロセスにおける加圧条件は特に限定されないが、10MPa以下であることが好ましく、5MPa以下であることがより好ましく、1MPa以下であることが特に好ましい。
本発明の製造方法が有する本接合プロセスは、上述した仮接合プロセスの後に、熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で加熱することにより、異方導電性接合部材が有する導通路と配線基板が有する電極とを電気的に接合するプロセスである。
また、本接合プロセスにおける加圧条件は特に限定されないが、30MPa以下であることが好ましく、0.1〜20MPaであることがより好ましい。
また、本接合プロセスの時間は特に限定されないが、1秒〜60分であることが好ましく、5秒〜10分であることがより好ましい。
上述した条件で本接合プロセスを行うことにより、熱硬化性樹脂が、配線基板や半導体チップの電極間に流動し、接合部に残存し難くなる。
なお、本接合プロセスは、チップ毎に行ってもよいが、タクトタイムを低減できる観点から、ウエハ一括で行うことが好ましい。
本発明の製造方法は、熱硬化性樹脂を硬化させて接合強度を確保する理由から、上述した本接合プロセスの後に、熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度で加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させる樹脂硬化プロセスを有していることが好ましい。
また、樹脂硬化プロセスの時間は特に限定されないが、熱硬化性樹脂の硬化を十分に進行させる観点から、1〜60分であることが好ましい。
なお、樹脂硬化プロセスは、本接合プロセスと同様、チップ毎に行ってもよいが、タクトタイムを低減できる観点から、ウエハ一括で行うことが好ましい。
本発明の多層配線基板の製造方法は、電極の酸化を防止し、導通信頼性をより向上させる理由から、仮接合プロセスの前に、配線基板が有する複数の電極の間を絶縁性樹脂で充填する樹脂充填プロセスを有していることが好ましい。
同様の理由から、本発明の多層配線基板の製造方法は、樹脂硬化プロセスの後に、異方導電性接合部材と配線基板との間にアンダーフィル材を充填するアンダーフィル材充填プロセスを有していることが好ましい。
図3AおよびBに示すように、異方導電性接合部材(符号2:絶縁性基材、符号3:導通路、符号4:樹脂層)に設けられた樹脂層4と、配線基板11に設けられた電極12とを仮接合する。
異方導電性接合部材と配線基板とを仮接合した後に、図3Cに示すように、他の配線基板11に設けられた電極12と、異方導電性接合部材の樹脂層4とを仮接合する。
図3A〜図3Cに示す仮接合プロセスにより、配線基板、異方導電性接合部材および配線基板が仮接合された積層体を作製した後に、図3Dに示すように、矢印方向から所定の圧力を加えた条件で、仮接合された配線基板、異方導電性接合部材および配線基板を本接合する。
本接合の後に、図3Eに示すように、異方導電性接合部材の樹脂層4を硬化させることにより、多層配線基板30を作製することができる。
(1)アルミニウム基板の作製
Si:0.06質量%、Fe:0.30質量%、Cu:0.005質量%、Mn:0.001質量%、Mg:0.001質量%、Zn:0.001質量%、Ti:0.03質量%を含有し、残部はAlと不可避不純物のアルミニウム合金を用いて溶湯を調製し、溶湯処理およびろ過を行った上で、厚さ500mm、幅1200mmの鋳塊をDC(Direct Chill)鋳造法で作製した。
次いで、表面を平均10mmの厚さで面削機により削り取った後、550℃で、約5時間均熱保持し、温度400℃に下がったところで、熱間圧延機を用いて厚さ2.7mmの圧延板とした。
更に、連続焼鈍機を用いて熱処理を500℃で行った後、冷間圧延で、厚さ1.0mmに仕上げ、JIS 1050材のアルミニウム基板を得た。
このアルミニウム基板を幅1030mmにした後、以下に示す各処理を施した。
上記アルミニウム基板に対して、以下組成の電解研磨液を用いて、電圧25V、液温度65℃、液流速3.0m/minの条件で電解研磨処理を施した。
陰極はカーボン電極とし、電源は、GP0110−30R(株式会社高砂製作所社製)を用いた。また、電解液の流速は渦式フローモニターFLM22−10PCW(アズワン株式会社製)を用いて計測した。
(電解研磨液組成)
・85質量%リン酸(和光純薬工業株式会社製試薬) 660mL
・純水 160mL
・硫酸 150mL
・エチレングリコール 30mL
次いで、電解研磨処理後のアルミニウム基板に、特開2007−204802号公報に記載の手順にしたがって自己規則化法による陽極酸化処理を施した。
電解研磨処理後のアルミニウム基板に、0.50mol/Lシュウ酸の電解液で、電圧40V、液温度16℃、液流速3.0m/minの条件で、5時間のプレ陽極酸化処理を施した。
その後、プレ陽極酸化処理後のアルミニウム基板を、0.2mol/L無水クロム酸、0.6mol/Lリン酸の混合水溶液(液温:50℃)に12時間浸漬させる脱膜処理を施した。
その後、0.50mol/Lシュウ酸の電解液で、電圧40V、液温度16℃、液流速3.0m/minの条件の条件で、10時間の再陽極酸化処理を施し、膜厚80μmの陽極酸化膜を得た。
なお、プレ陽極酸化処理および再陽極酸化処理は、いずれも陰極はステンレス電極とし、電源はGP0110−30R(株式会社高砂製作所製)を用いた。また、冷却装置にはNeoCool BD36(ヤマト科学株式会社製)、撹拌加温装置にはペアスターラー PS−100(EYELA東京理化器械株式会社製)を用いた。更に、電解液の流速は渦式フローモニターFLM22−10PCW(アズワン株式会社製)を用いて計測した。
次いで、上記陽極酸化処理と同様の処理液および処理条件で、電圧を40Vから0Vまで連続的に電圧降下速度0.2V/secで降下させながら電解処理(電解除去処理)を施した。
その後、5質量%リン酸に30℃、30分間浸漬させるエッチング処理(エッチング除去処理)を施し、陽極酸化膜のマイクロポアの底部にあるバリア層を除去し、マイクロポアを介してアルミニウムを露出させた。
また、バリア層除去工程後の陽極酸化膜の平均厚みは80μmであった。なお、平均厚みは、陽極酸化膜を厚さ方向に対して集束イオンビーム(Focused Ion Beam:FIB)で切削加工し、その断面をFE−SEMにより表面写真(倍率50000倍)を撮影し、10点測定した平均値として算出した。
また、陽極酸化膜に存在するマイクロポアの密度は、約1億個/mm2であった。なお、マイクロポアの密度は、特開2008−270158号公報の[0168]および[0169]段落に記載された方法で測定し、算出した。
また、陽極酸化膜に存在するマイクロポアの規則化度は、92%であった。なお、規則化度は、FE−SEMにより表面写真(倍率20000倍)を撮影し、特開2008−270158号公報の[0024]〜[0027]段落に記載された方法で測定し、算出した。
次いで、アルミニウム基板を陰極にし、白金を正極にして電解めっき処理を施した。
具体的には、以下に示す組成の銅めっき液を使用し、定電流電解を施すことにより、マイクロポアの内部に銅が充填された金属充填微細構造体を作製した。
ここで、定電流電解は、株式会社山本鍍金試験器社製のめっき装置を用い、北斗電工株式会社製の電源(HZ−3000)を用い、めっき液中でサイクリックボルタンメトリを行って析出電位を確認した後に、以下に示す条件で処理を施した。
(銅めっき液組成および条件)
・硫酸銅 100g/L
・硫酸 50g/L
・塩酸 15g/L
・温度 25℃
・電流密度 10A/dm2
また、マイクロポアに金属を充填した後の陽極酸化膜を厚さ方向に対してFIBで切削加工し、その断面をFE−SEMにより表面写真(倍率50000倍)を撮影し、マイクロポアの内部を確認したところ、封孔されたマイクロポアにおいては、その内部が金属で完全に充填されていることが分かった。
次いで、20質量%塩化水銀水溶液(昇汞)に20℃、3時間浸漬させることによりアルミニウム基板を溶解して除去することにより、金属充填微細構造体を作製した。
次いで、金属充填微細構造体を水酸化ナトリウム水溶液(濃度:5質量%、液温度:20℃)に浸漬させ、導通路の突出部分の高さが520nmとなるように浸漬時間を調整してアルミニウムの陽極酸化膜の表面を選択的に溶解し、導通路である銅の円柱を突出させた異方導電性フィルム(Anisotropic Conductive Film:ACF)を作製した。
次いで、水洗し、乾燥した後に、作製した構造体をFE−SEMで観察したところ、導通路の突出部分の直径が60nmであり、アスペクト比(突出部分の高さ/突出部分の直径)が8.7であった。
トリミング工程後のACFの表面に、非導電性のエポキシ系熱硬化性樹脂(BST001A、硬化温度:150℃、ナミックス社製)と希釈溶媒としてのジエチレングリコールジエチルエーテルとを含有する樹脂組成物を用いて、下記表1に示す厚み(塗布厚)となるようにスピンコーターの回転数を調整して樹脂層を形成し、異方導電性接合部材を作製した。
Cuパッドを有するTEG(Test Element Group)チップ(デイジーチェインパターン)を用意した。なお、絶縁層はSiNであり、絶縁層とCuパッド面の段差は1μmであった。TEGチップは、チップサイズが8mm四方であり、チップ面積に対する電極面積(銅ポスト)の比率が10%または20%となる2種類のチップを用意した。
次いで、CuをSiウェハの全面に100nm成膜したCuチップを用意した。平坦度の指標であるTTV(total thickness variation)は50nmであった。Cuチップは、チップサイズが3mm四方のものを用いた。
次いで、TEGチップ、作製した異方導電性接合部材およびCuチップをこの順で積層するように、常温接合装置(WP−100、PMT社製)を用いて下記表1に示す仮接合プロセスの条件で仮接合した。
次いで、仮接合したサンプルについて、常温接合装置(WP−100、ボンドテック社製)を用いて下記表1に示す本接合プロセスの加圧条件で加圧した後に、下記表1に示す本接合プロセスの加熱温度および時間で本接合した。
次いで、本接合したサンプルについて、下記表1に示す樹脂硬化プロセスの条件で樹脂層を硬化させ、接合サンプルを作製した。
樹脂層の塗布厚を表1に示す値に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、異方導電性接合部材および接合サンプルを作製した。
樹脂層を設けなかった以外は、実施例1と同様の方法で、異方導電性接合部材、すなわち、ACFを作製した。
また、TEGチップの表面に、非導電性の熱硬化性樹脂(BST001A、硬化温度:150℃、ナミックス社製)と希釈溶媒としてのPGMEAとを含有する樹脂組成物を用いて、下記表1に示す厚み(塗布厚)となるようにスピンコーターの回転数を調整して樹脂層を形成した以外は、実施例1と同様の方法で、接合サンプルを作製した。
本接合プロセスにおいて加圧を行わなかった以外は、実施例1と同様の方法で、異方導電性接合部材および接合サンプルを作製した。
本接合プロセスにおける加圧温度を下記表1に示す温度に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、異方導電性接合部材および接合サンプルを作製した。
樹脂層を形成する樹脂組成物として、以下の組成を用い、下記表1に示す厚みで樹脂層を形成した以外は、実施例1と同様の方法で、異方導電性接合部材および接合サンプルを作製した。
<樹脂組成物>
・ペンタエリスリトールトリ及びテトラアクリレート(東亜合成製) 97質量%
・硬化剤(パーブチルO、日油社製) 3質量%
・希釈溶剤:PGMEA
樹脂層を形成せず、本接合プロセスを施さなかった以外は、実施例1と同様の方法で、異方導電性接合部材および接合サンプルを作製した。
樹脂層の塗布厚および本接合プロセスの条件を下記表1に示す値に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、異方導電性接合部材および接合サンプルを作製した。
なお、比較例2は、比較例1と同様、本接合プロセスを施さなかったため、下記表1中、「−」と表記する。
<導通性>
作製した接合サンプルについて、TEGの電極パッドにタングステン製の測定ニードル(R12.5μm)をコンタクトさせ、ソースメータユニット(ケースレー2450)を用いて抵抗値を測定し、以下の基準で評価した。結果を下記表1に示す。
A:抵抗値が10Ω未満
B:抵抗値が10Ω以上1kΩ未満
C;抵抗値が1kΩ以上
作製した接合サンプルについて、(−50℃/+200℃)の条件の温度サイクル試験に供し、以下の基準で評価した。結果を下記表1に示す。
A:抵抗値を10サイクル毎に測定し、抵抗値の変化率(50サイクルでの抵抗値)が10%未満である、
B:抵抗値を10サイクル毎に測定し、抵抗値の変化率(50サイクルでの抵抗値)が50%未満である、
C:抵抗値を10サイクル毎に測定し、抵抗値の変化率(50サイクルでの抵抗値)が50%以上である
また、樹脂層を設けて、本接合プロセスを施さない場合は、作製される多層配線基板の導電性および信頼性がいずれも劣ることが分かった(比較例2)。
また、本接合プロセスを熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度で加熱した場合は、作製される多層配線基板の導電性および信頼性がいずれも劣ることが分かった(比較例3)。
特に、実施例1と実施例7との対比から、本接合プロセスにおいて加圧した後に加熱した場合には、作製される多層配線基板の導電性および信頼性がより良好となることが分かった。
2 絶縁性基材
2a,2b 絶縁性基材の表面
3 導通路
3a,3b 導通路の突出部分
4 樹脂層
4a 硬化後の樹脂層
6 絶縁性基材の厚み
7 導通路間の間隔
8 導通路の直径
9 導通路の中心間距離(ピッチ)
11 配線基板
12 電極
30 多層配線基板
Claims (5)
- 異方導電性接合部材と、複数の電極を有する配線基板と、を具備する多層配線基板を作製する多層配線基板の製造方法であって、
前記異方導電性接合部材が、無機材料からなる絶縁性基材と、前記絶縁性基材の厚み方向に貫通し、互いに絶縁された状態で設けられた、導電性部材からなる複数の導通路とを有し、前記複数の導通路が、前記絶縁性基材の表面から突出した突出部分を有しており、
前記配線基板が有する前記複数の電極の高さが10μm以下であり、
前記異方導電性接合部材と前記配線基板とを、非導電性の熱硬化性樹脂を用いて接着する仮接合プロセスと、
前記熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で加熱することにより、前記異方導電性接合部材が有する前記導通路と前記配線基板が有する前記電極とを電気的に接合する本接合プロセスと、をこの順に有する、多層配線基板の製造方法。 - 前記仮接合プロセスの前に、前記熱硬化性樹脂を含む樹脂層が、前記異方導電性接合部材における、前記配線基板が有する前記電極と電気的に接合する側の表面に設けられている、請求項1に記載の多層配線基板の製造方法。
- 前記仮接合プロセスの前に、前記熱硬化性樹脂を含む樹脂層が、前記配線基板における、前記異方導電性接合部材が有する前記導通路と電気的に接合する側の表面に設けられている、請求項1または2に記載の多層配線基板の製造方法。
- 前記本接合プロセスにおいて、加圧した後または加圧した状態で前記加熱を行う、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多層配線基板の製造方法。
- 前記本接合プロセスの後に、前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度で加熱することにより、前記熱硬化性樹脂を硬化させる樹脂硬化プロセスを有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の多層配線基板の製造方法。
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