JPH07101691B2 - 電極の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば半導体素子などが形成された回路基
板と、プリント基板、フレキシブル基板あるいはセラミ
ック基板などの回路基板とを電気的に接続するための電
極の形成などに好適に実施される電極の形成方法に関す
る。

従来の技術 従来から、半導体素子などが形成された一方の回路基板
と、プリント基板、フレキシブル基板あるいはセラミッ
ク基板などの他方の回路基板とを接続する場合に、半導
体素子の形成された一方の回路基板に突起した電極（以
下、突起電極という）を形成し、この突起電極を介して
半導体素子の形成された回路基板と前記他方の回路基板
とを電気的に接続していた。このような突起電極の形成
はめっき法、蒸着法あるいは転写法によって行われてい
る。

めっき法は電極本体上に電気めっきによって突起電極を
形成する方法である。めっき法においては、たとえばリ
フトオフ法による場合には、リフトオフ用のレジストを
形成し、その上に金属の拡散を防止するために全面にバ
リアメタル層を形成し、さらにその上にめっき不要部を
レジストでマスキングした後に電気めっきを行わなけれ
ばならず、このようなめっき法においては、作業工程が
むやみに複雑化するという問題があった。

蒸着法は突起電極を形成すべき位置に対応する位置に透
孔が形成されたメタルマスクを回路基板上に位置し、こ
の状態でスパッタリングあるいはエレクトロンビーム蒸
着などによって金属層を形成し、この金属によって突起
電極を形成する方法である。この蒸着法では、バリアメ
タルを形成した後に再度メタルマスクを介して突起電極
を構成する金属を蒸着することが必要である。したがっ
て作業工程が複雑化するばかりでなく、多くの材料を必
要とし、また精密なメタルマスクを作成しなければなら
ず、コストアップを招来した。

また転写法は仮基板上の所定の位置に、たとえばめっき
などによって金などの突起物を形成し、この仮基板を突
起電極が形成されるべき回路基板に積層した状態で加熱
する。これによって金などの突起物が前記回路基板に熱
転写され、突起電極が形成される。

このような転写法においては突起物の形成材料として金
以外の金属を使用することができない。したがってコス
トアップを招来する。しかも金をめっきするための条件
および熱転写を行うための条件が厳しく、所望の形状で
突起電極を形成することが困難であるという問題があっ
た。

さらに上述した突起した電極の形成方法においては、い
ずれも突起電極が形成される一方の回路基板と他方の回
路基板との合金接続を目的としている。したがってたと
えば突起電極が金である場合には、この金と接続される
他方の回路基板の電極材料は金と親和性がなければなら
ない。このため他方の回路基板の電極材料が限定されて
しまうという欠点を有していた。また合金接続であるた
めに接続される回路基板相互の熱膨張率の相違に起因す
る接続不良が発生するという問題があった。

圧接法は上記突出した電極と他方の回路基板に形成され
ている電極とを圧接によって電気的に接続する方法で、
前記他方の回路基板の電極材料が限定されず、なおかつ
上述した接続不良を防止し、高信頼性の接続状態が維持
できるという利点がある。しかしながらこの圧接法によ
って突起電極を接続する場合に、突起電極の高さの高精
度な形成、接続される回路基板相互の平坦性、および厳
しい接続条件などの実用上きわめて大きな問題がある。
そこで特開昭61−259548に開示されているように、弾性
を有する突起電極を形成するために、突起電極本体上に
シリコーンゴム層を形成し、その表面に導電層を形成す
る方法が考えられている。

また、特開昭63−47943に開示されているように、一方
の回路基板上の接続すべき電極上のみにマイクロ・カプ
セルを配置し、他方の回路基板と位置合せした後、加熱
加圧し、接着固定する方法が考えられている。

発明が解決しようとする課題 上記弾性を有する突起電極を形成する方法においては、
シリコーンゴム層を電極本体上に形成する場合と導電層
を形成する場合との少なくとも２回以上ホストレジスト
の塗布およびマスクを介する露光などの工程が必要とな
る。またシリコーンゴム層と導電層との密着性の問題な
ど解決すべき課題を残している。

マイクロ・カプセルを用いた方法では、加熱加圧により
接着固定する為、一方の回路基板に高温に弱い基板、た
とえば液晶表示部を有する様な基板を用いる場合、加熱
が制限され十分な接続ができない事、また接着部が電極
部に限定されている為、信頼性が低いなど、解決すべき
課題がある。

本発明の目的は、上記技術的課題を解決し、簡単な方法
によって容易かつ低コストで信頼性の高い圧接法による
接続のための突起した電極の形成方法を提供することで
ある。

課題を解決するための手段 上述の目的を達成するため、本発明は電極が形成された
回路基板同士を接続するための電極の形成方法におい
て、回路基板上の電極および電極以外の領域上に光硬化
性接着層を形成し、前記電極に対応した遮光部と前記電
極以外の領域に対応した透光部とを有するマスクを介し
て前記電極以外の領域上の光硬化性接着層に光を照射し
て硬化せしめるとともに、前記電極上の光硬化性接着層
を未硬化状態として粘着力を持たせたままとし、該電極
上の未硬化の光硬化性接着層のみに、弾性体上に導電性
材料を被覆した前記光硬化性接着層よりも多きな径を有
する介在体を付着させた後、前記光硬化性接着層を硬化
せしめることを特徴とする電極の形成方法である。

作 用 電極が形成された回路基板同士を接続するために電極を
形成する際に、本発明では、一方の回路基板上の電極お
よび電極以外の全領域上に光硬化性接着層を一様に形成
する。そして電極に対応した遮光部と電極以外の領域に
対応した透光部とを有するマスクを用いて電極以外の領
域上に形成された光硬化性接着層にのみ光を照射して、
電極以外の領域上の光硬化性接着層を硬化せしめる一
方、電極上の光硬化性接着層は未硬化状態のまま残すこ
とによって電極上だけに粘着力を持たせたままとする。
この状態で、弾性体上に導電性材料を被覆した光硬化性
接着層よりも大きな径を有する介在体を粘着力を有した
ままの電極上の光硬化性接着層に付着させてからこの光
硬化性接着層を硬化する。これによって突起した電極を
形成することができる。

したがって、たとえば半導体装置を回路基板上に実装す
る場合に、この半導体装置上に前記突起した電極を形成
すれば、前記回路基板に半導体装置が圧接によって高い
信頼性で接続される。

また、前記突起した電極を用いて圧接する場合に、それ
ぞれの回路基板の接着固定に光硬化性あるいは自然硬化
性の接着剤を使用することにより広い面積を低温で接着
することができると同時に電気的な接続部が樹脂により
封止されるので一層、高い信頼性で接続される。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の半導体装置７の構成を示
す断面図である。半導体装置７は物体であるシリコンな
どの基板１と、この基板１上に形成され電極本体である
配線層２と、非導電性の接着剤層８と、導電性粒子５と
を含んで構成される。基板１の一方表面には選択的に配
線層２が形成される。この配線層２は一般的にはアルミ
ニウムが使用されるが、接続抵抗を低減するためにAu、
Ag、Pd、Ni、Cu、Cr、Ti、Ｗ、Zn、Sn、Pb、In、Moおよ
びTaのうちのいずれかの金属あるいはこれらの金属の合
金を材料とし、１層もしくは２層以上で被覆されるよう
に構成することもできる。

基板１の配線層２が形成されていない領域には、表面保
護膜３が形成される。この表面保護膜３はたとえばSi
N、PSG（SiO₂）あるいはポリイミドなどから成る。

半導体装置７のさらに第１図上層には非導電性の接着剤
層８が形成されている。この接着剤層８は後述する方法
によって、導電性粒子５の一端を配線層２の表面に接触
し、他端を接着剤層８から突出した状態で硬化される。
接着剤層８はたとえばアクリル系樹脂、ポリエステル系
樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂あるいはシリコ
ーン系樹脂などの各種合成樹脂を使用することができ
る。また導電性粒子５としてはAu、Ag、Cu、Ｃ、In、P
d、Ni、PbおよびSnのうちのいずれかの金属またはこれ
らの金属の合金などを材料とし、たとえば数μｍから数
十μｍ程度の粒径の金属粒子である。また上記導電性粒
子５として、たとえばシリコーンゴムおよびウレタンガ
ムなどの弾性を有する合成樹脂をAu、NiまたはＣなどで
被覆したもの、もしくは前記弾性を有する合成樹脂など
にAu、Ag、Cu、Ni、Ｃ、InおよびPdなどの金属またはこ
れらの金属の合金の微粒子を混合し、これを材料とした
弾性を有する導電性粒子を使用することもできる。

半導体装置７を圧接によって他の配線基板と接続する場
合には、導電性粒子５の粒径を均一にすることによって
突起電極の高さのばらつきを防止し、導電性粒子５とし
て弾性を有する材料を使用すれば、接続の信頼性が向上
される。

第２図は、第１図示の構成の製造工程を説明するための
断面図である。第２図（１）に示されるように、予め表
面保護膜３および配線層２の形成されている基板１にお
いて、この配線層２および表面保護膜３の第２図上方に
は、たとえばスピンコートあるいはロールコートなどの
方法によって接着剤が全面に塗布され、接着剤層8aが形
成される。

この接着剤層8aは光硬化性を有しており、この状態で、
後述する不要な導電性粒子５の除去時における接着剤層
8aの流出および導電性粒子の発散等を防止するために、
全面に適度な紫外線を照射して段階的に接着剤層8aを硬
化させ、粘度を増加させて粘着性を改善することもでき
る。また高い粘度を有する接着剤を溶剤で希釈して適当
な粘度に調節し、上記スピンコートあるいはロールコー
トなどの方法で塗布した後、溶剤を蒸発させて段階的に
硬化させてから導電性粒子５を付着させてもよい。さら
に接着剤層8aの材料として熱硬化性を有している接着剤
を使用する場合には、低粘度の接着剤を上記方法で塗布
した後に、加熱して段階的に硬化させ粘度を増大させて
から導電性粒子５を付着させるようにすることもでき
る。

このようにして接着剤層8aの形成された基板１に対し
て、第２図（２）に示されるように、マスク９を介して
矢符20で示されるように紫外線を照射する。マスク９に
は、紫外線を遮蔽する遮蔽部9aと紫外線が通過する透孔
9bとが形成されており、基板１の表面保護膜３が形成さ
れた領域と透孔9bとが位置合せされ、紫外線が照射され
る。これによって表面保護膜３が形成された領域の接着
剤層8bは硬化される。このとき配線層２が形成されてい
る領域の接着剤層8aは粘着性を有している。このように
して粘着性を有する接着剤層8aを微細パターンで形成す
ることができる。

接着剤層8aを微細パターンで形成した後に導電性粒子５
を付着させる。このときの状態は第２図（３）に示され
るとおりである。この導電性粒子５は粘着性を有する接
着剤層8aの部分にのみ付着され、他の領域に静電気等で
付着された不要な導電性粒子５はエアブローによってま
たははけなどを使用して除去される。したがって配線層
２の形成された領域にのみ選択的に導線性粒子５を付着
することができる。このようにして突起電極が形成され
る。

この後粘着性を有する接着剤層8aを硬化させれば半導体
装置７の取扱いが容易になり、半導体装置７の製造工程
における操作性が向上される。また後述するようにこの
ような半導体装置７を他の回路基板と接続した後に接着
剤によってモールドする場合には、モールドするための
接着剤と同一工程によって前記接着剤層8aを硬化するこ
ともできる。

第３図（１）は半導体装置７の回路基板12への実装状態
を説明するための断面図であり、第３図（２）は第３図
（１）の接続部付近を拡大して示す断面図である。回路
基板12と半導体装置７とはクリップ11によって圧接され
た状態で接続される。これによって半導体装置７は回路
基板12に実装される。

半導体装置７の、上述した製造方法によって突起電極が
形成されている表面と回路基板の電極13が形成された表
面とは、対向した状態で導電性粒子５と電極13とが接触
する位置にガイド10によって位置合せされ、たとえばク
リップ11によって加圧される。このようにして半導体装
置７の配線層２と回路基板12の電極13とは導電性粒子５
を介して電気的に接続され、半導体装置７が回路基板12
に実装される。

第４図（１）は、半導体装置７の回路基板12との他の接
続状態を説明するための断面図であり、第４図（２）は
第５図（１）の接続部付近を拡大して示す断面図であ
る。第４図示の方法においては、半導体装置７の突起電
極が形成された表面と回路基板12の電極13が形成された
表面とを対向し、導電性粒子５と電極13とが接触状態と
なるように位置合せして、半導体装置７を回路基板12に
接着剤層14を介在させて加圧する。この状態において接
着剤層14を硬化させることによって、半導体装置７が回
路基板12に実装される。また第４図示した接着剤層14の
材料としては、光硬化性、熱硬化性および自然硬化性な
どの接着剤を使用することができる。特に光硬化性を有
する接着剤を使用した場合には、前述したように第１図
において説明した接着剤層8a,4の硬化の同一工程によっ
て硬化することができ、それらの工程を簡略化すること
ができる。

このように本実施例において、半導体装置上に突起した
電極を簡単な作業工程によって容易に形成することがで
きる。したがって簡単かつ低コストで半導体装置上に突
起電極を形成することができる。またこのようにして形
成された突起電極は均一な粒径の導電性粒子を用いるこ
とによって均一な高さに形成することが容易であるの
で、このような突起電極を有する半導体装置は圧接によ
って好適に回路基板12に実装される。本方式によれば圧
接によって半導体装置を回路基板に実装する為、回路基
板の電極材料によって接続の信頼性は影響されず、なお
かつ高い信頼性を有する接続を行うことができる。

さらにたとえば弾性を有する導電性粒子５を使用すれ
ば、基板の反り、うねりなどにこの導電性粒子が変形す
ることによって追随することができ、接続の信頼性がよ
り一層向上される。

本実施例においては半導体装置に使用される基板１上に
突起電極を形成する場合について説明したけれども、半
導体装置に関連して電極を形成する場合に限定する必要
はなく、たとえば他の回路基板上に電極を形成する場合
に本発明を実施することもできる。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、きわめて簡単な方
法で物体表面に突起した電極を形成することができる。
このため、たとえばこの電極が形成された基板と他の基
板とを圧接によって接続する場合に高い信頼性の接続を
行うことができる。したがって生産性を向上することが
でき、コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体装置７の構成を示す
断面図、第２図は第１図示の構成の製造工程を説明する
ための断面図、第３図は半導体装置７の回路基板12への
実装状態を説明するための断面図、第４図は半導体装置
７の回路基板12への他の実装状態を説明するための断面
図である。 １……基板、２……配線層、３……表面保護層、4,8,14
……接着剤層、５……導電性粒子、７……半導体装置、
10……ガイド、11……クリップ、12……回路基板、13…
…電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極が形成された回路基板同士を接続する
   ための電極の形成方法において、 回路基板上の電極および電極以外の領域上に光硬化性接
   着層を形成し、前記電極に対応した遮光部と前記電極以
   外の領域に対応した透光部とを有するマスクを介して前
   記電極以外の領域上の光硬化性接着層に光を照射して硬
   化せしめるとともに、前記電極上の光硬化性接着層を未
   硬化状態として粘着力を持たせたままとし、 該電極上の未硬化の光硬化性接着層のみに、弾性体上に
   導電性材料を被覆した前記光硬化性接着層よりも大きな
   径を有する介在体を付着させた後、前記光硬化性接着層
   を硬化せしめることを特徴とする電極の形成方法。