JPH08148491A

JPH08148491A - 接続電極の作成方法

Info

Publication number: JPH08148491A
Application number: JP28162794A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yoshida; 芳博吉田; Tsutomu Sakatsu; 務坂津; Toshiaki Iwabuchi; 寿章岩渕; Satoshi Kuwazaki; 聡桑崎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-11-16
Filing date: 1994-11-16
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ファインピッチに対応でき、接続抵抗が低
く、簡便な接続電極の作成方法を提供する。【構成】粒子配列工程により予め転写板１６上の全面
に導電粒子１８を配列させ、粒子転写固定工程により接
着層１９を有する基板２０の電極２１上に導電粒子１８
を一括して転写し、接合工程により基板２０の電極２１
と導電粒子１８とを金属の相互拡散によって接合させる
ことによって、接合部における抵抗値を小さくするよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ回路のインナー
接続や、ＬＥＤアレイヘッドの実装時における基板の接
続等に用いられる接続電極の作成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子などが配線された回路
基板と、他の回路基板例えばＩＣチップとを相互に圧接
して電気的な接続を行う場合、半導体素子などが配線さ
れた一方の回路基板に突起状の電極（以下、突起状電極
という）を形成し、この突起状電極を介して、回路基板
とＩＣチップとを電気的に接続していた。このような突
起状電極を形成する方法としては、周知の転写法、蒸着
法、メッキ法等があり、各公報（特開平２−２３６２３
号公報、特開平２−１８００３６号公報、特開平５−１
３４２０号公報参照）に記載されている。

【０００３】まず、特開平２−２３６２３号公報の例を
図４に基づいて説明する。半導体装置の基板１（前記回
路基板側に相当する）上には配線層を構成する電極２が
形成されており、また、その電極２がない基板表面の領
域には保護膜３が形成されている。そのような電極２上
には導電性粒子４が接触している。この導電性粒子４
は、基板表面に塗布された非導通性の接着剤５により電
極２上に固定保持されている。これにより、導電性粒子
４と電極２とから突起状電極が構成されることになる。
そして、このような突起状電極を介して、基板１とＩＣ
チップ（図示せず）とが電気的に接続される。

【０００４】次に、特開平２−１８００３６号公報の例
を図５（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。まず、図５
（ａ）の例では、半導体装置の基板１（前記回路基板側
に相当する）上に、図４と同様な、電極２と保護膜３と
が形成されている。その電極２上には、金属拡散防止用
のバリア層６と、半田層７，８とが順次積層されてい
る。電極２の最表面の半田層８上には、弾性ビーズ９ａ
（高分子材料）と被覆層９ｂ（金属材料）とからなる弾
性導電粒子９が接合されている。この場合、基板１を２
２０〜２５０°Ｃに加熱して半田層８を再溶融させ、こ
の半田層８と弾性導電粒子９の被覆層９ｂとの間で半田
接合させる。これにより、弾性導電粒子９と電極２とか
ら突起状電極が構成され、この突起状電極を介して、基
板１とＩＣチップ（図示せず）とが電気的に接続され
る。また、図５（ｂ）の例では、前記半田層７，８の代
わりに金属層１０が用いられ、その金属層１０はバリア
層６との拡散によって接合されている。そして、金属層
１０と弾性導電粒子９の被覆層９ｂとは、金属による相
互拡散によって合金接合がなされている。

【０００５】次に、特開平５−１３４２０号公報の例を
図６（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。これは、スタ
ッドバンプ方式を用いて、突起状電極を簡便に作成する
方法に関する。すなわち、被ボンディング材１１（前記
回路基板側に相当する）の電極位置にマスク１２を用い
てバンプ材料１３を位置決めする工程（ａ）と、その位
置決めした状態で被ボンディング材１１を加圧ブロック
１４を用いて加圧する工程（ｂ）と、バンプ材料１３を
ヒートブロック１５を用いて加熱する工程（ｃ）とから
なり、これにより、バンプ材料１３と電極１２とからな
る突起状電極を一括して形成する。このようにして一括
して形成することにより、バンプ個数に関係なく、作業
時間が短く、バンプ形状のバラツキが少ない作成方法を
提供することができる。上述したような突起状電極を作
成する際の接合方法としては、加圧、加熱、超音波等が
用いられ、また、各膜の形成方法としては、蒸着法、メ
ッキ法、フォトリソブラフィー法等が用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４の特開平２−２３
６２３号公報の例では、突起状電極を形成する場合に接
着剤５を用いて導電性粒子４を電極２上に固定してい
る。この場合、電極２と導電性粒子４との接触によって
導通を確保しているため、接触抵抗が高くなるという問
題がある。このため、そのような接触抵抗の高い突起状
電極を有する基板１の用途がＬＣＤ等に限定されてしま
うことになる。

【０００７】特開平２−１８００３６号公報の図５
（ａ）の例では、弾性導電粒子９は、半田接合されたそ
の表面の被覆層９ｂのみが電極２と導通している。この
ため、その弾性導電粒子９自体のもつ抵抗値が高くな
り、その結果、突起状電極の抵抗値も高くなる。また、
図５（ｂ）の例では、弾性導電粒子９の表面の被覆層９
ｂと金属層１０との間で合金接合を行うために、３００
〜３５０°Ｃの加熱を行っているが、このような高温で
は基板１側の電子部品に悪影響を及ぼすことになり、信
頼性に欠ける。さらに、その加熱時に超音波を併用する
ことが述べられているが、このような超音波を用いるこ
とによって、弾性導電粒子９の表面の被覆層９ｂが破壊
されるおそれがあり、その結果、導通しなくなったり抵
抗値が高くなるという問題が発生する。

【０００８】図６の特開平５−１３４２０号公報の例で
は、スタッドバンプ方式により一括してバンプを形成す
る方法が提案されているが、１００μｍ以下のファイン
ピッチの接続には対応できない。また、マスク１２によ
り位置決めをして加圧を行っているが、そのマスク１２
の耐久性、加圧後のマスク１２の目づまり等が生じやす
く、生産効率の面で問題がある。さらに、被ボンディン
グ材１１とマスク１２との位置合わせは行っているが、
そのマスク１２の穴に供給されるバンプ材料１３である
粒子と電極との位置合わせを行っていないため、電極位
置からの粒子の漏れや、多数個の粒子が一つの電極上に
集まるという不具合が発生する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、粒子配列工程により転写板上に導電粒子を配列し、
粒子転写固定工程によりその転写板上に配列された導電
粒子を接着層が塗布された基板の電極上に転写して固定
し、接合工程によりその転写された導電粒子とこの導電
粒子に接触する前記電極との間で金属の相互拡散による
接合を形成し、これにより基板上に接続電極を作成し
た。

【００１０】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、導電粒子と電極との相互拡散による接合
を、超音波振動を用いて行うようにした。

【００１１】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、導電粒子と電極との相互拡散による接合
を、熱圧着を用いて行うようにした。

【００１２】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
発明において、導電粒子と電極との相互拡散による接合
を、前記導電粒子側を加熱溶融させて行うようにした。

【００１３】請求項５記載の発明では、請求項２記載の
発明において、基板の個々の電極にそれぞれ１個の導電
粒子が配置され、各導電粒子毎に超音波振動を行うよう
にした。

【００１４】請求項６記載の発明では、請求項５記載の
発明において、導電粒子を金又は金合金により形成し、
基板をＬＳＩチップにより形成した。

【００１５】請求項７記載の発明では、請求項３記載の
発明において、導電粒子の表面層を、低融点金属により
形成した。

【００１６】

【作用】請求項１記載の発明においては、粒子配列工程
と、粒子転写固定工程と、接合工程とを用いて基板の電
極と導電粒子とを金属の相互拡散によって接合させて接
続電極を作成することによって、その接続電極における
接続抵抗値を小さくすることができる。また、導電粒子
を予め転写板上の全面に渡って配列することができるた
め、ファインピッチに対応させることができる。さら
に、転写板の全面に渡って配列された導電粒子を一括し
て基板側に転写するため、作業性が良い。

【００１７】請求項２記載の発明においては、超音波振
動を用いて導電粒子と電極との間における金属の相互拡
散を形成することによって、比較的低い温度で接合を行
うことができる。

【００１８】請求項３記載の発明においては、熱圧着を
用いて導電粒子と電極との間における金属の相互拡散を
形成することによって、特に基板の電極材料として金を
用いた場合における接合強度を高めることができる。

【００１９】請求項４記載の発明においては、導電粒子
側を加熱溶融させて導電粒子と電極との間における金属
の相互拡散を形成することによって、導電粒子として半
田等の低融点金属を用いた場合において容易に溶融させ
て拡散接合を行うことができる。

【００２０】請求項５記載の発明においては、基板の個
々の電極に配置された各導電粒子毎に超音波振動を行っ
て電極と導電粒子との接合を行うようにしたことによっ
て、基板単位で一括して接合する場合に比べて基板に対
する接合時の負担を軽減させることができる。

【００２１】請求項６記載の発明においては、金又は金
合金からなる導電粒子をＬＳＩチップの電極上に接合す
ることによって、接続電極における接合強度を一段と大
きくすることができる。

【００２２】請求項７記載の発明においては、表面層に
低融点金属（例えば、半田）を有する導電粒子を用いた
ことによって、低温・低圧状態でその導電粒子と金属と
の相互拡散接合を行うことができる。

【００２３】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１（ａ）〜（ｆ）
に基づいて説明する（請求項１記載の発明に対応す
る）。以下、接続電極（従来例で述べた突起状電極）の
作成方法について述べる。まず、転写板１６上にマスク
１７を密着させ、そのマスク１７の穴１７ａに導電粒子
１８を配置させる（ａ）。この導電粒子１８としては、
金、金合金、銅、半田、金属メッキ粒子等を用いること
ができる。そして、その配置後、マスク１７を分離させ
ることにより、転写板１６上に導電粒子１８が配列され
る（ｂ、粒子配列工程）。

【００２４】次に、接着層としての接着剤１９が表面に
塗布された回路基板２０の電極２１上に、転写板１６の
導電粒子１８がくるように位置合わせを行う（ｃ）。そ
の接着剤１９の塗布方法としては、スピンコート、ロー
ラコート、ディスペンス、転写等の周知の技術を用いて
行うことができる。なお、基板表面にはパッシベーショ
ン膜２２が形成されている。そして、このようにして電
極２１と導電粒子１８との位置合わせ後、回路基板２０
と転写板１６とを重ね合わせて導電粒子１８を電極２１
上に密着させた状態にして、加圧しながら、転写板１６
の裏面側に配置された光源２３を用いて紫外線を照射
し、接着剤１９を硬化させる（ｄ）。これにより、導電
粒子１８は電極２１と接触した状態で回路基板２０側に
固定される（ｅ、粒子転写固定工程）。

【００２５】次に、このようにして導電粒子１８を電極
２１上に接触固定した状態で、回路基板２０の裏面側か
らパルスヒータ２４を用いて加熱しながら、ボンディン
グツール２５を用いて導電粒子１８の上部から加圧し超
音波振動を与える。これにより、導電粒子１８とこの粒
子に接触する電極２１との間で金属の相互拡散による接
合を行うことができる（ｆ、接合工程）。従って、この
ような工程に従って接合を行うことにより、電極２１と
導電粒子１８とから構成される接続電極を回路基板２０
上に作成することができる。

【００２６】上述したように、電極２１と導電粒子１８
とを金属の相互拡散によって接合するようにしたので、
接続電極の接合部における抵抗値を小さくすることがで
きる。これにより、回路基板２０を用いて構成される電
源部の省力化を図ることができる。また、予め転写板１
６上の全面に導電粒子１８を配列させ、その後、電極２
１と導電粒子１８との位置決めを行うようにしたので、
ファインピッチに対応させることができると共に、電極
２１の位置から導電粒子１８が漏れ出たり、多数個の導
電粒子１８が一つの電極２１上に集まるという不具合を
なくすことができる。さらに、回路基板２０の電極２１
上に導電粒子１８を一括して転写するようにしたので、
電極形成作業の短縮化を図ることができ、生産性を高め
ることができる。

【００２７】次に、本発明の第二の実施例を図２に基づ
いて説明する（請求項２記載の発明に対応する）。な
お、前述した第一の実施例と同一部分についての説明は
省略し、その同一部分については同一符号を用いる。

【００２８】本実施例は、超音波振動を用いて導電粒子
１８と電極２１との相互拡散による接合を行う方法に関
するものであるが、この超音波振動による方法は前述し
た第一の実施例（図１参照）で述べたので、ここでは、
以下、具体的な数値を挙げて説明する。

【００２９】回路基板２０としては、１．８ｍｍ□のＩ
Ｃチップを用いる。このＩＣチップには、８個の電極２
１が形成されている。この電極２１の表面には、転写法
を用いて紫外線硬化タイプの接着剤１９が５〜２０μｍ
の膜厚で形成されている。導電粒子１８としては、平均
粒径４０μｍの金粒子を用いる。また、マスク１７とし
ては、厚さ４０μｍ、穴１７ａの径５０μｍのニッケル
マスクを用いる。

【００３０】今、転写板１６とＩＣチップとを重ね合わ
せた状態にして、１０〜１００ｇｆで加圧しながら、光
源２３により１０００〜１５００Ｊの紫外線を照射し、
導電粒子１８を電極２１上に固定する。そして、図２に
示すように、３ｍｍ□のボンディングツール２６を用い
て、導電粒子１８の粒子１個当たりに５〜５０ｇの加圧
を行うと共に、その粒子１個当たりに出力０．５〜１．
０Ｗの超音波振動を印加する。また、この加圧、超音波
振動時に、パルスヒータ２４を用いて、接合部温度が１
８０〜２５０°Ｃとなるように加熱する。これにより、
導電粒子１８と電極２１との間で相互拡散による接合部
を一括して形成することができるため、ＩＣチップ上に
接続電極を一括して作成することができる。上述したよ
うに、超音波振動を用いることによって、比較的低い温
度で接合することができるため、導電粒子１８の材料の
選択の幅を一段と広げることができると共に、ＩＣチッ
プ側の電子部品のダメージを少なくさせることができ
る。

【００３１】次に、本発明の第三の実施例を図３に基づ
いて説明する（請求項３，７記載の発明に対応する）。
なお、前記各実施例と同一部分についての説明は省略
し、その同一部分については同一符号を用いる。

【００３２】本実施例は、熱圧着を用いて導電粒子１８
と電極２１との相互拡散による接合を行う方法に関する
ものである。ここでは、以下、具体的な数値を挙げて説
明する。回路基板２０として、０．６×４．８ｍｍのＬ
ＥＤアレイチップを用いる。電極２１は金からなり、そ
の電極数は１６個とする。導電粒子１８としては、金粒
子を用いる。

【００３３】今、前述した第二の実施例と同様なプロセ
スを経て、導電粒子１８をＬＥＤアレイチップの電極２
１上に固定する。そして、図３に示すように、導電粒子
１８の上部に加圧加熱ヘッド２７を配置させた状態で、
粒子１個当たり５〜５０ｇを加圧すると共に、導電粒子
１８と電極２１との接合部温度が１８０〜２５０°Ｃと
なるように加熱させる。このように加圧、加熱を行うこ
とによって、導電粒子１８と電極２１との間で相互拡散
による接合部を形成させ、ＬＥＤアレイチップ上に接続
電極を作成することができる。上述したように、熱圧着
を用いて導電粒子１８と電極２１との相互拡散による接
合を行うようにしたので、特に回路基板２０の電極材料
が金又は金合金であるような場合、接合強度を一段と大
きくすることができ、信頼性の高い接続構造を得ること
ができる。

【００３４】また、導電粒子１８として、上述したよう
な金粒子を用いるのではなく、銅粒子の表面層に低融点
金属例えば半田がコートされた２層構造の材料を用いる
ことによって、接合部温度を１５０°Ｃ以下に抑えるこ
とができるようになる。これにより、一段と低温・低圧
状態で相互拡散接合を行うことができるため、基板側へ
のダメージを少なくすることができ、電気的な信頼性を
一段と高めることができる。

【００３５】次に、本発明の第四の実施例を図３に基づ
いて説明する（請求項４記載の発明に対応する）。な
お、前記各実施例と同一部分についての説明は省略し、
その同一部分については同一符号を用いる。

【００３６】本実施例は、導電粒子１８側を加熱溶融さ
せることによって、導電粒子１８と電極２１との相互拡
散による接合を行う方法に関するものである。ここで
は、以下、具体的な数値を挙げて説明する。回路基板２
０として、０．４×５．６ｍｍのＬＥＤアレイチップを
用いる。電極２１は金からなり、その電極数は１２８個
とする。導電粒子１８としては、半田粒子を用いる。

【００３７】今、前述した第二の実施例と同様なプロセ
スを経て、導電粒子１８をＬＥＤアレイチップの電極２
１上に固定する。そして、図３に示すように、加圧加熱
ヘッド２７を用いて、導電粒子１８の粒子１個当たり１
〜１０ｇを加圧すると共に、導電粒子１８を構成する半
田粒子が溶融する温度まで加熱させる。このように導電
粒子１８側を加圧、加熱することによって、導電粒子１
８と電極２１との間で合金接合部を形成させ、ＬＥＤア
レイチップ上に接続電極を作成することができる。上述
したように、導電粒子１８と電極２１との相互拡散によ
る接合をその導電粒子１８側のみを加熱溶融させて行う
ようにしたので、特に導電粒子１８として低融点金属例
えば半田を用いた場合、電極２１の材料としてはその半
田に対して親和性のある材料に限定されるが、加熱によ
り容易に拡散接合を行うことができる。これにより、接
合作業の工程を簡便化させることができる。

【００３８】次に、本発明の第五の実施例を図１に基づ
いて説明する（請求項５，６記載の発明に対応する）。
なお、前記各実施例と同一部分についての説明は省略
し、その同一部分については同一符号を用いる。

【００３９】本実施例は、回路基板２０の個々の電極２
１に１個の導電粒子１８が配置され、各粒子毎に超音波
振動を行うことによって、導電粒子１８と電極２１との
相互拡散による接合を行う方法に関するものである。こ
こでは、以下、具体的な数値を挙げて説明する。回路基
板２０として、８．６ｍｍ□のＬＳＩチップを用いる。
電極２１は金（又は金合金）からなり、その電極数は３
６０個とする。導電粒子１８としては、金粒子を用い
る。

【００４０】今、前述した第二の実施例と同様なプロセ
スを経て、導電粒子１８をＬＳＩチップの電極２１上に
固定する。そして、図１（ｆ）に示すように、ボンディ
ングツール２５を用いて導電粒子１８の粒子毎に、出力
０．５〜１．０Ｗの超音波振動を印加する。また、この
時、パルスヒータ２４を用いて、接合部温度が１８０〜
２５０°Ｃとなるように加熱する。このように個々の粒
子毎に超音波振動を行うことによって、導電粒子１８と
電極２１との間で接合部を形成させ、ＬＳＩチップ上に
接続電極を作成することができる。上述したように、回
路基板２０の個々の電極２１に配置された各粒子毎に超
音波振動を行うようにしたので、特に大型基板に対して
高密度で接続電極を作成するような場合でも、接続電極
を個別に処理するため、負荷が大きくなるようなことが
なくなり、回路基板２０側へのダメージを小さくするこ
とができる。これにより、基板自体の信頼性を高めるこ
とができる。また、導電粒子１８を金又は金合金により
形成したことにより、接続電極における接合強度を一段
と大きくすることができると共に、このような接続電極
をＬＳＩチップに形成した場合におけるＬＳＩ回路の信
頼性を高めることができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、接合工程によっ
て基板の電極と導電粒子とを金属の相互拡散によって接
合させるようにしたので、その接合部における抵抗値を
小さくすることができ、電源部の省力化を図ることがで
きる。また、粒子配列工程によって転写板上の全面に導
電粒子を予め配列させるようにしたので、ファインピッ
チに対応させることができる。さらに、粒子転写固定工
程によって接着層を有する基板の電極上に導電粒子を一
括して転写するようにしたので、電極形成を基板単位で
多ピッチ同時に行うことができ、生産性を高めることが
できる。

【００４２】請求項２記載の発明は、導電粒子と電極と
の間での相互拡散による接合を超音波振動を用いて行う
ようにしたので、比較的低い温度で接合が行え、これに
より、導電粒子材料の選択の幅を広げることができる共
に、基板の回路側へのダメージを少なくすることができ
る。

【００４３】請求項３記載の発明は、導電粒子と電極と
の相互拡散による接合を熱圧着を用いて行うようにした
ので、特に電極材料として金を用いた場合における接合
強度を大きくすることができ、これにより、一段と信頼
性の高い接続構造とすることができる。

【００４４】請求項４記載の発明は、導電粒子と電極と
の相互拡散による接合をその導電粒子側のみを加熱溶融
させて行うようにしたので、特に導電粒子として半田等
の低融点金属を用いた場合において容易に拡散接合を行
うことができ、接合作業を容易化させ、製造コストを下
げることができる。

【００４５】請求項５記載の発明は、基板の個々の電極
に配置された各導電粒子毎に超音波振動を行うようにし
たので、特に大型基板に高密度で接続電極を一括して作
成するような場合においても基板へのダメージを小さく
することができ、これにより、基板の機械的な信頼性を
高めることができる。

【００４６】請求項６記載の発明は、導電粒子を金又は
金合金により形成することにより、接続電極における接
合強度を一段と大きくすることができ、また、そのよう
な接合強度を有する接続電極をＬＳＩチップに形成した
ことにより、ＬＳＩ回路の信頼性を一段と高めることが
できる。

【００４７】請求項７記載の発明は、導電粒子の表面層
を低融点金属により形成したので、低温・低圧状態で相
互拡散接合を行うことができ、これにより、基板側への
ダメージを少なくすることができ電気的な信頼性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例及び第五の実施例である
接続電極の作成方法を示す工程図である。

【図２】本発明の第二の実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の第三の実施例及び第四の実施例を示す
断面図である。

【図４】従来の接続電極の作成方法を示す断面図であ
る。

【図５】従来の他の接続電極の作成方法を示す断面図で
ある。

【図６】従来の他の接続電極の作成方法を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１６転写板１８導電粒子１９接着層２０基板２１電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写板上に導電粒子を配列する粒子配列
工程と、この転写板上に配列された導電粒子を接着層が
塗布された基板の電極上に転写し固定する粒子転写固定
工程と、その転写された導電粒子とこの導電粒子に接触
する前記電極との間で金属の相互拡散による接合を形成
する接合工程とからなることを特徴とする接続電極の作
成方法。
【請求項２】導電粒子と電極との相互拡散による接合
を、超音波振動を用いて行うことを特徴とする請求項１
記載の接続電極の作成方法。
【請求項３】導電粒子と電極との相互拡散による接合
を、熱圧着を用いて行うことを特徴とする請求項１記載
の接続電極の作成方法。
【請求項４】導電粒子と電極との相互拡散による接合
を、前記導電粒子側を加熱溶融させて行うことを特徴と
する請求項１記載の接続電極の作成方法。
【請求項５】基板の個々の電極にそれぞれ１個の導電粒
子が配置され、各導電粒子毎に超音波振動を行うことを
特徴とする請求項２記載の接続電極の作成方法。
【請求項６】導電粒子を金又は金合金により形成し、基
板をＬＳＩチップにより形成したことを特徴とする請求
項５記載の接続電極の作成方法。
【請求項７】導電粒子の表面層を、低融点金属により形
成したことを特徴とする請求項３記載の接続電極の作成
方法。