JPH08102464A - 突起電極構造とその形成方法及び突起電極を用いた接続構造とその接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】集積回路チップのフェイスダウンボンディング
実装において短工程でかつ安価に、しかも基板との接続
時に突起電極の移動のない、弾性導電粒子に対応した低
抵抗の接続を可能にする導電粒子固定型の突起電極構造
を提供する。 【構成】本発明の突起電極構造では、突起電極を構成す
る導電部材は弾性を有する金属被覆樹脂粒子（導電粒
子）３３からなっており、その粒子３３は集積回路チッ
プ３１側電極端子３２と電気回路基板側電極端子に接触
する部位以外の全周を樹脂３４で覆われており、その樹
脂の厚みｄは前記粒子の半径をｒとしたとき、ｄ＝ｒ／
２〜ｒであることを特徴とする。 【効果】導電粒子の電極端子との接触部以外の全周を樹
脂で被覆したことにより、該樹脂が導電粒子の電極端子
への固定用接着剤と基板への接続用接着剤として機能
し、基板側への接着剤塗布工程を省略でき、短工程で安
価でかつ低抵抗の接続が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気回路基板の実装技
術、特に集積回路チップと電気回路基板のフリップチッ
プ方式によるフェイスダウン接続に関し、その接続部に
おける突起電極構造とその形成方法及び突起電極を用い
た接続構造とその接続方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子部品の接続方法としては、電
気的に接続される電子部品の電極パッド領域に対応する
基板配線パターン上の領域のみに接着剤を設けた後、導
電性球状粒子を絶縁性高分子で被覆したマイクロカプセ
ルを散布し、次いで不要個所のマイクロカプセルを除去
し、その後電子部品を位置合わせして、加熱加圧し、前
記電子部品を接着固定する接続方法が知られている（特
開昭６３−４７９４３号公報）。また、突起状電極バン
プの構造としては、半導体装置を、基板上の導体リード
にフェースダウンボンディング実装し、突起状電極バン
プを介在させて電気的接続が採られる半導体装置におけ
る突起状電極バンプの構造において、前記突起状電極バ
ンプの半導体装置側先端に、接着剤による接着層を形成
し、該接着層に金属材料からなる球状で、略同一径を有
する導電性粒子を均一に付着させたことを特徴とするも
のが知られている（特開平４−３０５３２号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６３−４７９４
３号公報記載の技術では、用いている導電粒子の直径が
小さく、接着剤層が０．１〜数μｍであり、大変薄い。
しかも接続点を少なくするために粒子は単層もしくは
２，３層としていて、かつ小さい粒子を用いている。そ
のため、良好な導電性を得るためには粒子の分散密度を
上げなければならず、分散密度を上げると接着剤の量が
減るため接着強度が落ちるという問題がある。また、特
開平４−３０５３２号公報記載の技術では、突起状の電
極バンプを導電粒子を転写する前に半導体装置に形成す
る必要があるため、二重の手間がかかり、コスト及び時
間がかかるという問題がある。

【０００４】また、本出願人は先に、図４（ａ），
（ｂ）に示すように、液晶表示装置や集積回路チップ等
の電子部品１１の電極端子１２に固定用接着剤１３を塗
布し、該接着剤１３により導電粒子１４を電極端子１２
に固定し、基板１６には接続用接着剤１５を塗布して、
電子部品１１と基板１６とを接続する実装構造を提案し
た。しかしこの構造では、導電粒子１４の固定用接着剤
１３は粒子の半径以下の厚さで塗布していたため、接続
用接着剤を接続基板１６に塗布し接続するときに、接続
用接着剤１５が固定用接着剤を溶解し、図４（ｃ）のよ
うに電極１２に固定していた導電粒子１４を移動させて
しまうことがあり、接続不良が発生する恐れがあった。
また、固定用接着剤１３が薄いと導電粒子１４の弾性に
よる復元力を抑えることができず、接着面積が減少し、
高抵抗となるという問題もある。ここで一例として図５
に導電粒子の固定プロセスを示すが、導電粒子の固定
は、（ａ）まず電子部品２０の電極２３に固定用接着剤
２２を塗布した後、導電粒子２１を転写し、（ｂ）次に
加圧力２５を加えて粒子２１を加圧しながら固定用接着
剤２３を硬化させ、（ｃ）硬化後、加圧力を解除して固
定プロセスが終了するが、加圧力を解除すると、粒子２
１の弾性による復元力２７により、硬化後の接着剤２６
に抗して導電粒子２１の形状が加圧前の状態に復元し、
このため電極２２との接触面積が減少し高抵抗となる。
さらに、図４に示した接続方法では、固定用接着剤１３
と接続用接着剤１５の２回の接着剤塗布工程が必要なた
め手間と時間がかかるという問題もある。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、集積回路チップのフェイスダウンボンディング実
装において従来の問題点を解決すべく短工程でかつ安価
に、しかも基板との接続時に突起電極（バンプ）の移動
のない、弾性導電粒子に対応した低抵抗の接続を可能に
する導電粒子固定型の突起電極構造及びその形成方法を
提供し、その突起電極を用いた接続構造及び接続方法に
より微細ピッチ接続を実現することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、相対峙し接続される第１電気回
路基板と第２電気回路基板の接続部における突起電極構
造において、突起電極を構成する導電部材は弾性を有す
る金属被覆樹脂粒子（導電粒子）からなっており、その
粒子は第１電気回路基板側電極端子と第２電気回路基板
側電極端子に接触する部位以外の全周を樹脂で覆われて
おり、その樹脂の厚みｄは前記粒子の半径をｒとしたと
き、ｄ＝ｒ／２〜ｒであることを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は上記突起電極構造の形成
方法であって、弾性を有する金属被覆樹脂粒子に熱可塑
性接着剤がｒ／２〜ｒ（ｒ＝粒子の半径）の厚さで被覆
してある粒子を熱可塑性接着剤と接着しない平面基板上
に１層のみ配列し、第１電気回路基板あるいは第２電気
回路基板の何れかの電極端子に位置合わせした後、加熱
加圧することにより該電極端子上に突起電極を形成する
ことを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は上記突起電極を用いた集
積回路チップと電気回路基板の接続構造であって、突起
電極構造を持つ第１電気回路基板が集積回路チップであ
り、該集積回路チップの突起電極と第２電気回路基板の
電極端子を接続したことを特徴とする。

【０００９】請求項４の発明は請求項３の接続構造の接
続方法であって、第１電気回路基板（集積回路チップ）
の突起電極と第２電気回路基板の電極端子とを位置合わ
せした後、第２電気回路基板のみ加熱し、両基板を加圧
しながら突起電極を固定している接着剤の第２電気回路
基板側の一部を再び塑性にして接続することを特徴とす
る。

【００１０】請求項５の発明は上記突起電極を用いた集
積回路チップと電気回路基板の接続構造であって、請求
項１の突起電極構造を持つものが第２電極回路基板であ
り、第１電気回路基板が集積回路チップであり、該集積
回路チップの電極端子と第２電気回路基板の突起電極を
接続したことを特徴とする。

【００１１】請求項６の発明は請求項５の接続構造の接
続方法であって、第１電気回路基板（集積回路チップ）
の電極端子と第２電気回路基板の突起電極とを位置合わ
せした後、第１電気回路基板のみ加熱し、両基板を加圧
しながら突起電極を固定している接着剤の第１電気回路
基板側の一部を再び塑性にして接続することを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】請求項１の突起電極構造では、突起電極を構成
する導電部材を弾性を有する金属被覆樹脂粒子（導電粒
子）で構成し、その導電粒子の第１電気回路基板側電極
端子と第２電気回路基板側電極端子に接触する部位以外
の全周がｄ＝ｒ／２〜ｒ（ｒ＝粒子の半径）の厚さの樹
脂で覆われていることにより、上記樹脂が導電粒子の電
極端子への固定用接着剤と２つの基板の接続用接着剤と
して機能する。すなわち、接続時には、導電粒子は第
１，第２の電気回路基板の何れかの電極端子に上記樹脂
により固定されているので、従来のような接続時におけ
る導電粒子の移動の問題は発生せず、かつ導電粒子の弾
性変形を止めたまま固定することができるため、電極端
子に対する接触面積を大きくすることができ、低抵抗に
することが可能となる。

【００１３】請求項２の突起電極構造の形成方法では、
熱可塑性接着剤をｒ／２〜ｒ（ｒ＝粒子の半径）の厚さ
で被覆してある導電粒子を熱可塑性接着剤と接着しない
平面基板上に１層のみ配列し、第１電気回路基板あるい
は第２電気回路基板の何れかの電極端子に位置合わせし
た後、加熱加圧することにより、導電粒子を電極端子に
容易に固定することができ、突起電極の形成を容易に行
なうことができる。また、導電粒子は熱可塑性接着剤に
より被覆されているため、加熱時の加圧による弾性変形
を止めたまま固定することができ、電極端子との接触面
積の大きい突起電極を形成することが可能となる。

【００１４】請求項３の接続構造では、集積回路チップ
側の電極端子に上記構造の突起電極を形成し、該突起電
極を基板側の電極端子と接続しているので、突起電極の
固定用接着剤がそのまま接続用接着剤として機能し、接
着剤塗布工程と接着剤の省略が図れる。

【００１５】請求項４の接続方法では、集積回路チップ
側の突起電極と基板側の電極端子との接続時に、基板側
のみ加熱して突起電極を固定している接着剤の基板側の
一部を再び塑性にして接続することにより、従来に比べ
て接続を容易に行なうことができる。

【００１６】請求項５の接続構造では、基板側の電極端
子に上記構造の突起電極を形成し、該突起電極を集積回
路チップ側の電極端子と接続しているので、突起電極の
固定用接着剤がそのまま接続用接着剤として機能し、接
着剤塗布工程と接着剤の省略が図れる。

【００１７】請求項６の接続方法では、集積回路チップ
の電極端子と基板側の突起電極との接続時に、集積回路
チップ側のみ加熱し、突起電極を固定している接着剤の
集積回路チップ側の一部を再び塑性にして接続すること
により、従来に比べて接続を容易に行なうことができ
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明による突起電極構造の説明図であっ
て、（ａ）は突起電極の断面図、（ｂ）は突起電極が固
定された第１電気回路基板（集積回路チップ）の要部斜
視図、（ｃ）は突起電極が固定された第１電気回路基板
（集積回路チップ）の要部断面図である。図１（ａ）に
示すように、突起電極は半径ｒの金属被覆弾性樹脂粒子
（導電粒子）３３に熱可塑性接着剤をｄの厚さで覆った
ものである。熱可塑性接着剤からなる樹脂層３４の厚さ
ｄはｒ／２〜ｒの厚さであり、従来のマイクロカプセル
や液晶等の電子部品の固着ギャップ材などの接着剤層に
比べると厚く覆っている。そのため、図１（ｂ），
（ｃ）に示すように、集積回路チップ等の電気回路基板
３１の電極端子３２に固定すると、変形した導電粒子３
３を確実に固定することができる。

【００１９】次に、図２は請求項２の突起電極構造の形
成方法及び請求項４の接続方法を示した工程説明図であ
る。突起電極構造の形成方法としては、まず前述した半
径ｒの金属被覆弾性樹脂粒子に熱可塑性接着剤５４をｄ
の厚さで覆った樹脂被覆導電粒子５５を形成しておき、
次に図２（ａ）に示すように、集積回路チップの電極端
子に合わせたホールがあるメタルマスク５１を粘性を持
つ樹脂５２を均一に塗布した平面基板５３に張り合わせ
て、メタルマスク５１のホールに上記樹脂被覆導電粒子
５５を入れる。そしてメタルマスク５１を外すと樹脂被
覆導電粒子５５は集積回路チップの電極端子と同配置で
平面基板５３上に配列される。この時、樹脂被覆導電粒
子５５は粘性のある樹脂５２上にあるので簡単に移動す
ることがなく、樹脂被覆導電粒子５５のピッチズレや欠
落がない。

【００２０】次に図２（ｂ）に示すように、平面基板５
３上に配列された樹脂被覆導電粒子５５と集積回路チッ
プ５６の電極端子５７を位置合わせする。尚、符号５８
は集積回路チップの保護膜である。次に図２（ｃ）に示
すように、加圧しながら加熱する。その結果、図２
（ｄ）のように電極端子５７上に固定された樹脂被覆導
電粒子５５の突起電極（バンプ）構造が形成される。
尚、前述の図１（ｂ），（ｃ）は、このようにして形成
された突起電極構造を示したものである。図２（ｄ）や
図１（ｂ），（ｃ）に示す突起電極構造では、図２
（ｃ）の工程で１回粒子を変形しているので、粒子変形
から復元した導電粒子の一部が接着剤層５４から突起し
ていて接続基板と確実な接続を得ることができるバンプ
構造となっている。

【００２１】次に、集積回路チップと電気回路基板との
接続方法としては、図２（ｅ）に示すように、集積回路
チップ５６の突起電極すなわち樹脂被覆導電粒子５５と
接続基板６０の電極端子６０ａとを位置合わせし、基板
側を加熱しながら接続する。この時、基板６０の加熱温
度は接着剤層５４の表面のみが溶解する程度にし、この
再融解部５９を接続基板６０の電極端子６０ａに接着さ
せる。すなわち、本発明による接続方法では、接着剤層
５４の基板側の一部のみを再び塑性（再融解部５９）に
して接続するため、接続時に導電粒子５５は集積回路チ
ップ５６の電極端子５７に接着剤層５４で固定された状
態であるため、導電粒子の移動等の問題が防止される。
また、本発明による接続方法では、導電粒子５５を被覆
し集積回路チップ５６の電極端子５７に固定するための
接着剤層５４が基板６０との接着にも寄与するため、基
板側には接着剤層を塗布する必要がない。

【００２２】次に、図３は請求項５，６の実施例の説明
図である。図３に示す実施例は、電極回路基板６１の電
極端子６１ａに突起電極６３を形成したときの接続の図
を示しており、集積回路チップ６２の電極端子６２ａと
電気回路基板６１の突起電極６３を接続するものであ
る。尚、基板６１の電極端子６１ａに突起電極６３を形
成する方法は図２（ａ）〜（ｄ）に示した工程と同様で
あり、突起電極構造も図２（ｄ）や図１（ｂ），（ｃ）
と同様である。また、接続方法は、集積回路チップ６２
の電極端子６２ａと電気回路基板６１の突起電極６３と
を位置合わせした後、集積回路チップ６２のみ加熱し、
加圧しながら突起電極６３を固定している接着剤の集積
回路チップ６２側の一部を再び塑性（再融解）にして接
続する。

【００２３】次に、突起電極構造の形成方法のより具体
的な実施例について述べる。 ［実施例１］突起電極を構成する樹脂被覆導電粒子とし
ては、ジビニルベンゼン架橋重合体の樹脂球にＡｕメッ
キをした直径約４０±２μｍとほぼ均一な粒度分布を持
つ導電粒子に、熱可塑性接着剤をコートした粒子を用い
る。図２に示したように、メタルマスク５１のホールは
集積回路チップ（あるいは電気回路基板）の電極端子に
合わせて空けてあり、そのメタルマスク５１を、平坦な
ガラス基板上にシリコン樹脂５２を塗布して硬化させた
平面基板５３に密着させる。メタルマスク５１の厚さは
導電粒子の直径と同じ４０μｍとする。それにより樹脂
被覆導電粒子５５は１層のみホールに入ることになる。
ホール内の樹脂被覆導電粒子５５以外のものは、スキー
ジ、エアブローなどで除去後、メタルマスク５１を取り
外す。次に粒子付き平面基板５３を反転し、粒子と集積
回路チップ（あるいは電気回路基板）の電極端子を位置
合わせし、加圧しながら集積回路チップ（あるいは電気
回路基板）側から加熱する。これにより導電粒子表面の
接着剤５４が溶融硬化し、導電粒子が電極端子に固定さ
れ、突起電極（バンプ）が形成される。

【００２４】［実施例２］集積回路チップ上に突起電極
（バンプ）を形成する場合、ウエハーの状態で上記実施
例１と同様の方法で形成し、その後、ダイシングしても
良い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の突起電
極構造では、突起電極を構成する導電部材を弾性を有す
る金属被覆樹脂粒子（導電粒子）で構成し、その導電粒
子の第１電気回路基板側電極端子と第２電気回路基板側
電極端子に接触する部位以外の全周がｄ＝ｒ／２〜ｒ
（ｒ＝粒子の半径）の厚さの樹脂で覆われていることに
より、上記樹脂が導電粒子の電極端子への固定用接着剤
と２つの基板の接続用接着剤として機能する。すなわ
ち、接続時には導電粒子は第１，第２の電気回路基板の
何れかの電極端子に上記樹脂により固定されているの
で、従来のような接続時における導電粒子の移動の問題
は発生せず、かつ導電粒子の弾性変形を止めたまま固定
することができるため、電極端子に対する接触面積を大
きくすることができ、低抵抗にすることができる。ま
た、突起電極は個々に独立しているため、隣接端子間の
ショート、オープンが起こらず、ファインピッチに対応
できる。また、従来の接続方法における突起電極構造と
比較して、大きい導電粒子とその弾性変形を保持するの
に十分な接着剤層があるため、接続時の低抵抗と高接着
強度を兼ね備えている（接着剤層が厚くなると接着強度
が強くなるのは明らかである）。

【００２６】請求項２の突起電極構造の形成方法では、
熱可塑性接着剤をｒ／２〜ｒ（ｒ＝粒子の半径）の厚さ
で被覆してある導電粒子を熱可塑性接着剤と接着しない
平面基板上に１層のみ配列し、第１電気回路基板あるい
は第２電気回路基板の何れかの電極端子に位置合わせし
た後、加熱加圧することにより、導電粒子を電極端子に
容易に固定することができるため、フォトリソ工程等を
経ずに、加熱するだけで突起電極の形成を容易に行なう
ことができる。また、導電粒子は熱可塑性接着剤により
被覆されているため、加熱時の加圧による弾性変形を止
めたまま固定することができるため、突起電極は被覆樹
脂より導電粒子の一部が突起した形状とすることがで
き、接続側の電極端子との接触面積の大きい突起電極を
形成することができる。

【００２７】請求項３の接続構造では、集積回路チップ
側の電極端子に上記構造の突起電極を形成し、該突起電
極を基板側の電極端子と接続しているので、突起電極の
固定用接着剤がそのまま接続用接着剤として機能し、接
着剤塗布工程と接着剤の省略が図れる。

【００２８】請求項４の接続方法では、集積回路チップ
側の突起電極と基板側の電極端子との接続時に、基板側
のみ加熱して突起電極を固定している接着剤の基板側の
一部を再び塑性（再融解）にして接続することにより、
従来に比べて接続を容易に行なうことができる。

【００２９】請求項５の接続構造では、基板側の電極端
子に上記構造の突起電極を形成し、該突起電極を集積回
路チップ側の電極端子と接続しているので、突起電極の
固定用接着剤がそのまま接続用接着剤として機能し、接
着剤塗布工程と接着剤の省略が図れる。また、基板側に
突起電極を形成するため、集積回路チップはベアチップ
のまま接続できるので、チップは突起電極形成工程を経
ずにすみ、破壊や故障が起こりにくい。

【００３０】請求項６の接続方法では、集積回路チップ
の電極端子と基板側の突起電極との接続時に、集積回路
チップ側のみ加熱し、突起電極を固定している接着剤の
集積回路チップ側の一部を再び塑性にして接続すること
により、従来に比べて接続を容易に行なうことができ
る。また、接続時に再加熱する電気回路基板は集積回路
チップであり、材料がほぼ均一なので温度制御がしやす
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による突起電極構造の説明図であって、
（ａ）は突起電極の断面図、（ｂ）は突起電極が固定さ
れた第１電気回路基板（集積回路チップ）の要部斜視
図、（ｃ）は突起電極が固定された第１電気回路基板
（集積回路チップ）の要部断面図である。

【図２】請求項２の突起電極構造の形成方法及び請求項
４の接続方法を示した工程説明図である。

【図３】請求項５，６の実施例の説明図である。

【図４】従来の突起電極構造及び突起電極を用いた接続
方法の説明図である。

【図５】従来の導電粒子固定プロセスの説明図である。

【符号の説明】

３１：電気回路基板（集積回路チップ等） ３２：電極端子 ３３，５５：金属被覆樹脂粒子（導電粒子） ３４，５４：樹脂層（熱可塑性接着剤） ３５，５８：保護膜 ５１：メタルマスク ５２：樹脂 ５３：平面基板 ５６，６２：集積回路チップ ５７，６２ａ：集積回路チップの電極端子 ５９：再融解部 ６０，６１：電気回路基板 ６０ａ，６１ａ：電気回路基板の電極端子 ６３：突起電極

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9169−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０４ Ｚ (72)発明者 桑崎 聡 東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式 会社リコー内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対峙し接続される第１電気回路基板と第
   ２電気回路基板の接続部における突起電極構造におい
   て、突起電極を構成する導電部材は弾性を有する金属被
   覆樹脂粒子（導電粒子）からなっており、その粒子は第
   １電気回路基板側電極端子と第２電気回路基板側電極端
   子に接触する部位以外の全周を樹脂で覆われており、そ
   の樹脂の厚みｄは前記粒子の半径をｒとしたとき、ｄ＝
   ｒ／２〜ｒであることを特徴とする突起電極構造。
2. 【請求項２】請求項１記載の突起電極構造の形成方法に
   おいて、弾性を有する金属被覆樹脂粒子に熱可塑性接着
   剤がｒ／２〜ｒ（ｒ＝粒子の半径）の厚さで被覆してあ
   る粒子を熱可塑性接着剤と接着しない平面基板上に１層
   のみ配列し、第１電気回路基板あるいは第２電気回路基
   板の何れかの電極端子に位置合わせした後、加熱加圧す
   ることにより該電極端子上に突起電極を形成することを
   特徴とする突起電極構造の形成方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の突起電極構造を持つ第１電
   気回路基板が集積回路チップであり、該集積回路チップ
   の突起電極と第２電気回路基板の電極端子を接続したこ
   とを特徴とする接続構造。
4. 【請求項４】請求項３記載の接続構造の接続方法におい
   て、第１電気回路基板の突起電極と第２電気回路基板の
   電極端子とを位置合わせした後、第２電気回路基板のみ
   加熱し、両基板を加圧しながら突起電極を固定している
   接着剤の第２電気回路基板側の一部を再び塑性にして接
   続することを特徴とする接続方法。
5. 【請求項５】請求項１記載の突起電極構造を持つものが
   第２電極回路基板であり、第１電気回路基板が集積回路
   チップであり、該集積回路チップの電極端子と第２電気
   回路基板の突起電極を接続したことを特徴とする接続構
   造。
6. 【請求項６】請求項５記載の接続構造の接続方法におい
   て、第１電気回路基板の電極端子と第２電気回路基板の
   突起電極とを位置合わせした後、第１電気回路基板のみ
   加熱し、両基板を加圧しながら突起電極を固定している
   接着剤の第１電気回路基板側の一部を再び塑性にして接
   続することを特徴とする接続方法。