JP4246134B2 - 半導体素子の実装方法、及び半導体素子実装基板 - Google Patents

Description

本発明は、基板の基板電極と、半導体素子の素子電極とを接合することで、上記半導体素子を上記基板に実装して、半導体素子実装基板を生産する半導体素子の実装方法、及び半導体素子実装基板に関する。

従来、このような半導体素子の一例であるＬＥＤ（ＬＥＤ素子）は、その発光機能を利用して、蛍光灯等の用途に用いられている。しかしながら、ＬＥＤにおいては、電圧を付加して発光させることができるものの、それに伴って熱が発生し、この熱の発生によりＬＥＤの発光効率が低下して、発光照度が低下するという問題がある。このような問題を解決するため、従来よりＬＥＤにて発生した熱を、効率的に逃がすための様々な工夫が考え出されている。

例えば、このような工夫の一つとしては、ＬＥＤは基板にバンプを介して接合されているが、このバンプを介して基板に熱を逃がしてやるという手法が用いられている。当該手法においては、バンプの接触面積（伝熱面積）を増加させるため、比較的大きなサイズのバンプ形成に適しているメッキ処理により、当該バンプをメッキバンプとして形成することが行われている。

このようなＬＥＤを基板に実装する従来の実装方法について、以下に図面を用いて説明する（例えば、特許文献１参照）。

ＬＥＤの実装方法を模式的に示す模式説明図を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。図１０Ａに示すように、ＬＥＤ５０１は、図示下面側にアルミニウム（Ａｌ）で形成された複数の素子電極の一例であるパッド５０２を備えている。また、基板５０３は、ＬＥＤ５０１の夫々のパッド５０２の配置と併せて形成された複数の基板電極５０４を、その図示上面側に備えている。さらに、基板５０３の夫々の基板電極５０４には、メッキ法により金（Ａｕ）にて形成された突起電極の一例であるバンプ５０５（以降、バンプ５０５という）が形成されている。

図１０Ａに示すように、ＬＥＤ５０１の図示上面を吸着ノズル５１０にて吸着保持して、吸着ノズル５１０を基板５０３に対して水平方向に相対的に移動させることにより、ＬＥＤ５０１の夫々のパッド５０２と、基板５０３の夫々のバンプ５０５との位置合わせを行なう。その後、吸着ノズル５１０を下降させることにより、夫々のバンプ５０５と夫々のパッド５０２との互いの当接を行なう。

次に、図１０Ｂに示すように、この当接状態を保持しながら、吸着ノズル５１０よりＬＥＤ５０１に対して超音波振動を付与する。これにより、夫々のバンプ５０５と夫々のパッド５０２との接触部分において、金属接合が行なわれ、ＬＥＤ５０１が基板５０３に実装される。

なお、それぞれのバンプ５０５は、基板５０３のそれぞれの基板電極５０４上に形成されている場合の他に、ＬＥＤ５０１のそれぞれのパッド５０２上に形成されているような場合や、それぞれの基板電極５０４及びパッド５０２の両方に形成されているような場合がある。

ここで、従来の実装方法において用いられているメッキ法による金バンプ５０５の一般的な形成方法について、図１３に示すフローチャートを用いて説明する。
なお、図１３のフローチャートにおいては、半導体素子側にバンプ５０５が形成されるような場合について説明するものとする。

まず、図１３のフローチャートにおけるステップＳ１において、半導体素子（例えば、ＬＥＤ）となるウェハの受け入れが行なわれる。その後、ステップＳ２において、ウェハにおける素子電極が形成されている表面に、メッキ共通電極膜（ＵＢＭ）が、例えばスパッタリングにより行なわれる。その後、ステップＳ３において、このＵＢＭの表面に、メッキバンプの型がパターニングされながら、メッキ用レジスト膜が形成される。

その後、ステップＳ４において、上記メッキ用レジスト膜を用いて、電解メッキにより金バンプの形成が行なわれる。その後、ステップＳ５において、形成された金バンプの周囲に存在しているメッキ用レジスト膜の剥離が行なわれ、当該メッキ用レジスト膜が取り除かれる。さらにその後、ステップＳ６にて、ＵＢＭに対してエッチングが施され、ＵＢＭの膜厚が薄膜化される。最後に、ステップＳ７にて、形成された金バンプに対して、検査が行なわれて、金バンプの形成工程が完了する。

特開２０００−６８３２７号公報

しかしながら、このような半導体素子の実装方法では、上述のように、ＬＥＤ５０１にメッキ法により形成されているバンプ５０５が大きなサイズとなっており、それに伴って、夫々のバンプ５０５と夫々の基板電極５０４との上記当接時における接触面積も大きくなるため、超音波振動にて接合のための十分な振動を付与することができない場合や、接合のための超音波振動の付加時間が長くなる場合が生じ得る。このような場合にあっては、ＬＥＤ５０１と基板５０３とを確実に接合することが困難となる場合があるという問題がある。このような問題は、それぞれのバンプ５０１がＬＥＤ５０１側に形成されている場合だけでなく、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、基板５０３側に形成されているような場合であっても同様に生じる。

具体的な接合不良の発生について、図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃの模式説明図を用いて説明する。なお、図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃの模式説明図においては、ＬＥＤ５０１側にそれぞれのバンプ５０５が形成されている場合について示している。

図１１Ａに示すように、超音波振動に付与により夫々のバンプ５０５と夫々の基板電極５０４との間で金属接合が始まり、当該金属接合が進行すると、図１１Ｂに示すように、次に、夫々のバンプ５０５とＬＥＤ５０１の夫々のパッド５０２との超音波振動付与による接合が進行する。この金で形成されているバンプ５０５とアルミニウムで形成されているパッド５０２との接合が進行すると、金とアルミニウムの拡散が進行し、図１１Ｃに示すように、夫々のバンプ５０５の図示上部にアルミニウムと金の合金層５０５ａが形成され、さらなる超音波振動の付加により当該合金層５０５ａが増加する。この合金層５０５ａは、金で形成されているバンプ５０５と比べて、硬くてもろいという特性を有しているため、超音波振動の付加によりＬＥＤ５０１の本体に応力集中が生じ、ＬＥＤ５０１にクラックが発生する場合がある。特に、このような問題は、大きなサイズのバンプ５０１が用いられることに起因する接合時間の長時間化により顕著となる。

また、ＬＥＤ５０１において、夫々のバンプ５０５はメッキ法により形成されているため、図１２Ａに示すように、夫々のバンプ５０５の形成高さが微小に異なる場合が多い。このような場合にあっては、図１２Ｂに示すように、その形成高さが高い方のバンプ５０５が基板５０３の基板電極５０４に先に接触することにより、当該バンプ５０５が形成高さの低いバンプ５０５よりも早く接合が完了することとなる。図１２Ｃに示すように、一方のバンプ５０５が先に接合完了となった後も、他方のバンプ５０５の接合のための超音波振動の付与を継続すると、上記一方のバンプ５０５に応力集中が生じ、クラックの発生を伴う場合がある。

また、このような夫々のバンプ５０５の形成高さを均一なものとするため、夫々の形成高さを揃えるような処理を予め施すことが考えられるが、夫々のバンプ５０５はメッキ法で形成されているため硬く、上記処理としては研磨処理を行なう必要があるものの、当該研磨処理には、多くの処理時間と労力を要するという問題がある。

また、ＬＥＤ５０１の夫々のパッド５０２に、大きなサイズのバンプ５０５を形成するために採用されているメッキ法では、上述のように多くの処理工程を要し、時間と労力が必要である。例えば、上記メッキ法を施すのに、３日間程度の時間を要する場合がある。また、上記メッキ法で形成された夫々のバンプ５０５に対しては、検査工程を施す必要があり、さらに時間と労力を必要とする。

一方、このような種々の問題点を伴う超音波振動付与による接合を行なわずに、ＬＥＤの夫々のパッドに半田バンプを形成して、夫々の半田バンプをリフローしてＬＥＤと基板との接合を行なうことも考えられる。しかしながら、このような半田バンプを用いたリフロー実装方法においては、半田バンプを溶融させるため、例えば、２３８℃以上に夫々の半田バンプを加熱する必要があるのに対して、ＬＥＤの許容温度は２００℃以下程度であることより、当該リフロー実装方法をＬＥＤの実装に適用することはできない。また、当該リフローの際にＬＥＤの発光面がリフロー雰囲気中のガス成分等により汚染されて、その発光機能が低下されてしまうという問題もある。

また、半導体素子がＬＥＤではなく、仮に上記許容温度が２３８℃以上であるような場合であっても、半田の使用に伴うフラックスの供給工程及び洗浄工程が必要となり、当該リフロー実装方法の実施には、時間と労力を要することとなる。また、このような半田の使用は、近年の環境問題に対処するための鉛フリー対応に反することとなる。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、超音波振動の付与により、基板の基板電極と半導体素子の素子電極とを接合することによる半導体素子の基板への実装において、上記超音波振動の付与に伴う接合不良の発生を低減させて、確実かつ効率的な接合を行なうことができる半導体素子の実装方法、及び半導体素子実装基板を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、基板が有する基板電極に接合可能な素子電極を有する半導体素子を、上記基板電極と上記素子電極とを接合することで、上記基板に実装する半導体素子の実装方法において、
上記素子電極と上記基板電極との間にペースト状の導電性材料にて形成された接合部材を配置して、上記素子電極と上記基板電極とを上記接合部材を介在させて当接させ、
上記当接状態において、上記接合部材、並びに上記素子電極又は上記基板電極に超音波振動を付与することにより、上記接合部材と上記基板電極及び上記素子電極とを接合させる半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第２態様によれば、基板が有する夫々の基板電極に接合可能な複数の素子電極を有する半導体素子を、上記夫々の基板電極と上記夫々の素子電極とを接合することで、上記基板に実装する半導体素子の実装方法において、
上記各々の素子電極と上記各々の基板電極との間にペースト状の導電性材料にて形成された接合部材を配置して、上記各々の素子電極と上記各々の基板電極とを上記各々の接合部材を介在させて当接させ、
上記当接状態において、上記夫々の接合部材、並びに上記夫々の素子電極又は上記基板電極に超音波振動を付与することにより、上記各々の接合部材と上記各々の基板電極及び上記各々の素子電極とを接合させる半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第３態様によれば、上記記夫々の基板電極又は上記夫々の素子電極に、上記ペースト状の導電性材料を塗布又は印刷にて供給し、
当該供給されたペースト状の導電性材料にエネルギを付与することで上記夫々の接合部材を形成し、
上記各々の素子電極と上記各々の基板電極とを上記各々の接合部材を介在させて当接させる第２態様に記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第４態様によれば、上記ペースト状の導電性材料の供給を行なった後、上記エネルギを付与することで、当該ペースト状の導電性材料により形成された形状の安定化を図って、上記夫々の接合部材の形成を行なう第３態様に記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第５態様によれば、上記ペースト状の導電性材料は金ナノペーストであって、上記接合材料は当該金ナノペーストに上記エネルギが付与されることで生成された金属膜である第３態様又は第４態様に記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第６態様によれば、上記各々の接合部材を介在させながら、上記各々の素子電極を上記各々の基板電極に対して相対的に押圧し、上記夫々の接合部材を変形させることにより、上記各々の素子電極と上記各々の基板電極との上記各々の接合部材を介在させての当接を行なう第３態様から第５態様のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第７態様によれば、個々の上記基板電極又は個々の上記素子電極に、複数の上記接合部材を形成する第３態様から第６態様のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第８態様によれば、上記夫々の接合部材への上記超音波振動の付与は、上記半導体素子における上記夫々の素子電極の形成面と逆側の面である被保持面が、部品保持部材の保持面にて保持された状態にて、上記部品保持部材により上記半導体素子を通して上記超音波振動の付与が行なわれる第３態様から第７態様のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第９態様によれば、上記半導体素子は、上記夫々の素子電極として、互いに厚さ寸法が異なるＰ型電極とＮ型電極とを有し、
上記Ｐ型電極と上記Ｎ型電極との厚さ寸法の異なりによる上記各々の素子電極と上記各々の基板電極との間の距離寸法の相違に応じて、上記夫々の接合部材の厚さ寸法が異なるように、上記夫々の接合部材の形成を行なう第３態様から第８態様のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第１０態様によれば、上記半導体素子は上記夫々の素子電極に形成された複数の突起電極を有し、
上記各々の突起電極又は上記各々の基板電極に上記ペースト状の導電性材料を供給するとともに、当該ペースト状の導電性材料にエネルギを付与することで、上記夫々の接合部材を形成し、
上記各々の素子電極と上記各々の基板電極とを上記各々の接合部材及び上記各々の突起電極とを介在させて当接させる第２態様に記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第１１態様によれば、上記夫々の突起電極は、メッキ法により導電性材料を用いて形成される第１０態様に記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第１２態様によれば、上記半導体素子は、上記夫々の素子電極として、互いに厚さ寸法が異なるＰ極電極とＮ極電極とを有し、
上記夫々の素子電極の厚さ寸法の異なりに基づく上記夫々の突起電極の先端高さ位置の異なりにより生じる上記各々の突起電極の先端と上記各々の基板電極との間の距離寸法の相違に応じて、上記夫々の接合部材の厚さ寸法が異なるように、上記夫々の接合部材の供給を行なう第１０態様又は第１１態様に記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第１３態様によれば、上記基板は上記夫々の基板電極に形成された複数の突起電極を有し、
上記各々の突起電極又は上記各々の素子電極に上記ペースト状の導電性材料を供給するとともに、当該ペースト状の導電性材料にエネルギを付与することで、上記夫々の接合部材を形成し、
上記各々の素子電極と上記各々の基板電極とを上記各々の接合部材及び上記各々の突起電極とを介在させて当接させる第２態様に記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第１４態様によれば、上記半導体素子は、上記夫々の素子電極として、互いに厚さ寸法が異なるＰ極電極とＮ極電極とを有し、
上記夫々の素子電極の厚さ寸法の異なりにより生じる上記夫々の素子電極と上記各々の突起電極の先端との間の距離寸法の相違に応じて、上記夫々の接合部材の厚さ寸法が異なるように、上記夫々の接合部材の供給を行なう第１３態様に記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第１５態様によれば、上記半導体素子の上記夫々の素子電極と、上記基板の上記夫々の基板電極との上記夫々の接合部材を介在させての上記当接の前に、上記基板における上記夫々の基板電極に対して、プラズマ洗浄処理を施す第３態様から第１４態様のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第１６態様によれば、上記半導体素子の上記夫々の素子電極と上記基板の上記夫々の基板電極との上記夫々の接合部材を介在させての接合の後、当該接合部分の周囲を絶縁材料にて封止処理を行なう第３態様から第１５態様のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第１７態様によれば、上記半導体素子は、ＬＥＤ素子であり、上記夫々の接合部材は、上記ＬＥＤ素子への電圧付加により発生する熱を上記基板側へ伝熱させる機能を有している第３態様から第１６態様のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の第１８態様によれば、複数の基板電極を有する基板と、
上記夫々の基板電極と電気的に接合可能な複数の素子電極を有する半導体素子と、
上記各々の基板電極と上記各々の素子電極との間に配置され、金ナノペーストにエネルギが付与されることにより金属膜化されて形成された複数の接合部材とを備え、
上記各々の接合部材は、上記各々の基板電極又は上記各々の素子電極と凝着により接合されることにより、上記各々の基板電極と上記各々の素子電極とが上記各々の接合部材を介在して接合されて、上記半導体素子が上記基板に実装されていることを特徴とする半導体素子実装基板を提供する。

本発明の第１９態様によれば、複数の基板電極を有する基板に、複数の素子電極を有する半導体素子を実装する半導体素子の実装方法において、
上記夫々の素子電極と上記夫々の基板電極との間に、ペースト状の導電性材料にエネルギが付与されることにより形成された接合部材を夫々配置し、上記各々の素子電極と上記各々の基板電極とを上記各々の接合部材を介在させながら、上記夫々の素子電極を上記夫々の基板電極に対して相対的に押圧し、上記夫々の接合部材を変形させることにより、上記各々の素子電極と上記各々の基板電極とを上記各々の接合部材を介在させて当接させることを特徴とする半導体素子の実装方法を提供する。

本発明の上記第１態様又は上記第２態様によれば、半導体素子の夫々の素子電極や基板の夫々の基板電極は、その硬度が例えば７０〜９０ＨＶ程度と高いため、両者を互いに当接させた状態で超音波振動を付与するだけでは、十分な接触面積を確保することができず、十分な金属接合を施すことが困難であるのに対して、夫々の素子電極と夫々の基板電極との間に、軟らかい材料であるペースト状の導電性材料で形成された接合部材を配置させて、上記素子電極や基板電極の硬度よりも十分に低い硬度を有する上記夫々の接合部材を介在させて、上記夫々の素子電極と上記夫々の基板電極とを当接させながら、超音波振動の付与を行なうことで、十分な金属接合を行なうことができる。

すなわち、当該当接の際に、上記素子電極や上記基板電極と比べて軟らかいという性質を有する上記夫々の接合部材を、上記夫々の素子電極と上記基板電極との間で押圧して、微小に変形させることにより、上記夫々の素子電極と上記夫々の基板電極とを上記夫々の接合部材を介在させて、確実に当接することができる。また、この当接の際に、上記夫々の素子電極又は上記夫々の基板電極と上記夫々の接合部材との当接部分には、十分な接合面積（接触面積）が確保されることとなる。このような状態で、超音波振動を付与することで、上記十分な接合面積にて、確実にかつ十分な接合強度でもって、金属接合を行なうことができ、安定した接合を行なうことができる。

本発明の上記第３態様又は上記第４態様によれば、上記夫々の接合部材の配置は、上記夫々の素子電極又は上記夫々の基板電極に、上記ペースト状の導電性材料を塗布又は印刷の手段を用いることで供給した後、当該供給されたペースト状の導電性材料にエネルギを付与することで上記それぞれの接合部材の形成を行なうことができる。すなわち、上記導電性材料が軟らかいという性質を有するペースト状のものであることにより、このような塗布又は印刷の手段を用いることができる。さらに、このような軟らかい状態の導電性材料に対して、上記エネルギの付与、例えば、熱エネルギ、超音波エネルギ、又は電子線を付与することにより、当該ペースト状の導電性材料の形状を安定化させることができる。このような安定化を行うことで、上記それぞれの接合部材が外力が付加されることで容易に変形可能でありながら、外力が付与されない状態ではその形状を安定させた状態で保持可能とすることができる。従って、このような塗布又は印刷の手段が用いられることにより、上記導電性材料の供給量を高精度に制御することができ、上記夫々の接合部材の形成を高い精度でもって行なうことが可能となるとともに、軟らかいという性質を有する上記ペースト状の導電性材料の供給により形成された形状を安定化させた状態で保持して、より確実な当接及び接合を行なうことができる。

本発明のその他の態様によれば、上記ペースト状の導電性材料が、金ナノペーストであることにより、導電性、熱伝導性、及び耐酸化性等の点で適した接合部材を形成することができる。特に、上記金ナノペーストが用いられることにより、当該金ナノペーストに対して、上記エネルギを付与を行って、金属膜を形成することができ、より安定かつ確実な接合を実現することができる。

また、上記各々の接合部材を介在させながら、上記各々の素子電極を上記各々の基板電極に対して相対的に押圧し、上記夫々の接合部材を変形させることにより、上記各々の素子電極と上記各々の基板電極との上記各々の接合部材を介在させての当接を行なうことにより、上記夫々の素子電極の形成厚さや上記夫々の基板電極の形成厚さにバラツキが存在しているような場合であっても、当該バラツキを上記夫々の接合部材を変形させることで吸収することができ、確実な接合を行なうことができる。

また、個々の上記基板電極又は個々の上記素子電極に、複数の上記接合部材を形成することにより、上記接合部材の形成高さに対する形成幅の比率を低減させることができ、上記超音波振動に付与により、上記夫々の接合部材がより変形しやすい形状とすることができる。よって、上記接合のための上記超音波振動の付与時間を短縮化することができ、より効率的かつ安定した超音波振動の付与による接合を行なうことができる。

また、上記夫々の素子電極であるＰ型電極とＮ型電極の形成厚さが相違するという特徴を有する上記半導体素子における上記夫々の素子電極の先端と、上記基板の上記夫々の基板電極との間の距離寸法の相違に応じて、上記導電性材料、例えば、金ナノペーストをその供給量を調整しながら、夫々の厚さ寸法が異なるように上記夫々の接合部材を形成することにより、上記Ｐ型電極と上記Ｎ型電極との形成厚さ（高さ）の異なりに対処しながら、確実かつ安定した実装を行なうことができる。すなわち、このように上記夫々の素子電極の形成厚さが異なっているような場合であっても、当該異なりを上記夫々の接合部材にて調整して、上記半導体素子と上記基板との間の水平度を保ちながら、上記半導体素子の実装を行なうことができる。特にこのような効果は、上記半導体素子が、上述の特徴を有するＬＥＤ素子であるような場合に効果的に得ることができる。

また、このような効果は、上記半導体素子の上記夫々の素子電極、又は上記基板の夫々の基板電極に、夫々の突起電極が形成されているような場合であっても同様な効果を得ることができる。

本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる半導体素子の実装方法において、上記半導体素子の一例として基板に実装されるＬＥＤチップ（若しくはＬＥＤ素子）の平面的な構造を示す模式説明図を図１に示す。

図１に示すように、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）チップ１は、略正四角形状を有しており、基板への接合側表面には、素子電極の一例である複数のパッド２が形成されている。夫々のパッド２は、ＬＥＤチップ１の特性により、長円形状に形成されたＰ極パッド（Ｐ型電極の一例である）２ｐと、略円形状に形成されたＮ極パッド（Ｎ型電極の一例である）２ｎとの２つの種類に分けられて形成されている。例えば、Ｐ極パッド２ｐは、０．６ｍｍ×０．１ｍｍ程度の大きさに、Ｎ極パッド２ｎは、直径０．１ｍｍ程度の大きさに形成されている。

また、このＬＥＤチップ１の模式的な断面図を図２に示す。図２に示すように、ＬＥＤチップ１は多層状の構造を有しており、夫々のパッド２が設けられているパッド形成面におけるＰ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎとの互いの形成高さ（形成厚さ）が異なるように、夫々のパッド２が形成されている。このような夫々のパッド２の形成高さの異なりは、ＬＥＤチップ１の特性に起因するものであり、例えば、ＬＥＤチップ１のパッド形成面が上面となるように配置された状態で、Ｐ極パッド２ｐがＮ極パッド２ｎよりも上方に位置されており、互いの形成高さの差は、２μｍ程度となっている。

さらに、図３ＡにＬＥＤチップ１の模式断面図を示し、図３Ｂに、図３Ａに示すＬＥＤチップ１が実装される基板３の模式断面図を示す。図３Ａに示すように、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２には、突起電極の一例であるバンプ５が形成されている。このようなバンプ５は、例えば、導電性材料の一例である金（Ａｕ）によりメッキ法にて形成することができる。また、図３Ｂに示すように、略平板状の基板３は、その図示上面であるＬＥＤチップ１が実装される面において、複数の基板電極４が形成されている。基板３の当該面における夫々の基板電極４の配置は、ＬＥＤチップ１における夫々のパッド２の配置と対応（合致）するように形成されている。このように夫々のパッド２と基板電極４とが配置されて形成されていることにより、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２を基板３の夫々の基板電極４に、夫々のバンプ５を介在させて接合することが可能となっている。なお、本発明における基板には、シリコン（Ｓｉ）ウェハ、樹脂基板、紙−フェノール基板、セラミック基板、ガラス・エポキシ（ガラエポ）基板、フィルム基板などの回路基板、単層基板若しくは多層基板などの回路基板、部品、筐体、又は、フレームなど、回路が形成されている対象物が含まれる。

ところが、このようなＬＥＤチップ１においては、上述したように、Ｐ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎのとの夫々の形成高さが異なっていることにより、上記メッキ法等にて形成される夫々のバンプ５の先端高さ位置も、上記形成高さの異なりに応じて、相違することとなる。このような夫々のパッド２の形成高さの異なりがあるような場合であっても、当該異なりに影響されることなく、ＬＥＤチップ１を基板３に実装する実装方法について、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、及び（Ｆ）に示すＬＥＤチップ１と基板３の模式断面図を用いた説明図を用いて、以下に説明する。

まず、図４（Ａ）に示すように、ＬＥＤチップ１のＰ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎの上面に、例えば、メッキ法にて金を用いてバンプ（金バンプ）５を形成する。Ｐ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎとは、例えば、２μｍ程度の形成高さの相違があるが、メッキ法にて夫々のバンプ５を形成する際には、個々のバンプ５の形成高さを異ならせることは、困難であるため、夫々のバンプ５は略同じ形成高さとして形成される。従って、図４（Ａ）に示すように、Ｐ極パッド２ｐに形成されたバンプ５の図示先端高さ位置と、Ｎ極パッド２ｎに形成されたバンプ５の図示先端高さ位置とは、互いに異なることとなり、その相違は、例えば、２μｍ程度となる。

次に、あるいは、上述の夫々のバンプ形成工程と並行して、ＬＥＤチップ１が実装される基板３における夫々の基板電極４の図示上面に、ペースト状の導電性材料の一例である金ナノペースト（金属ナノペーストの一例でもある）を、塗布又は印刷の手段を用いて供給し、接合部材の一例である複数の接合電極６を形成する。なお、このような接合電極６の形成の前に、基板３の夫々の基板電極４に対して、プラズマ洗浄処理が施されるような場合であってもよい。このような場合にあっては、夫々の基板電極４の表面を清浄な状態とさせることができ、夫々の基板電極４の表面と、当該表面に供給される金ナノペーストとの接着性を良好なものとすることができるからである。

ここで、「金ナノペースト」とは、図４（Ｃ）に示すように、金で形成された超微細金粒子である多数の金ナノ粒子（導電性粒子）９ａと、添加成分９ｂ（例えば、接着成分や各種添加剤等が含まれており、必ずしも個々の成分が導電性を有している場合のみに限られない）とにて形成されたペースト状の導電性材料である。また、この金ナノペーストは、外力が加えられることで、その形状（形態）を容易に変化させることができるような塑性を有するという特性を備えた軟らかい材料である。

ただし、金ナノペーストは、そのままの状態では、非常に軟らかいという特性を有しており、その形状を安定して保持できない場合や僅かな外力の付加でもその形状を大きく変化させてしまうという硬度や粘度を有している。このような軟らかいという特性は、塗布や印刷の手段を用いるような場合には好適であるものの、その形状の安定性という観点からは何らかの処理を行う必要がある。従って、本第１実施形態においては、塗布又は印刷により供給された状態の金ナノペーストに対して、エネルギを付与、例えば、熱、超音波、又は電子熱等のエネルギを付与することにより、添加成分９ｂの積極的な蒸発を促して、個々の金ナノ粒子９ａ間の距離を近接させる、あるいは金ナノ粒子９ａ同士の結合を促すことで、上記供給状態よりもその硬度等を向上させて、接合電極６の形成を行っている。例えば、金ナノペーストに対して上記エネルギ付与を行うことで、金属膜化させることができる。このように形成された接合電極６は、外力が加えられなければその形状を安定して保持することができる程度の硬度及び粘度を有しながら、一端積極的な外力が加えられることで、その形状を容易に変化させることができ、当該外力の付加を停止することで、当該変形された形状を保持することができるという塑性（すなわち、供給直後の状態の金ナノペーストよりも安定した状態の塑性）を有することとなる。従って、このようなエネルギ付与による処理を、金ナノペーストに対する安定化処理ということもできる。

ここで、このような金ナノペーストに対するエネルギ付与による安定化処理のメカニズムについて、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃ、及び図１７Ｄに示す模式断面図を用いて詳細に説明する。

まず、図１７Ａに示すように、金ナノペーストは、多数の金ナノ粒子９ａと、添加成分９ｂとにより構成されている。このような添加成分９ｂとしては、例えば、個々の金ナノ粒子９ａが互いに融着することなく、個々に独立して存在するような分散剤（以降、分散剤９ｂとする）が用いられ、図１７Ａに示すように、個々の金ナノ粒子９ａの表面は、分散剤９ｂにより覆われた状態とされており、互いに独立して存在する状態とされている。なお、このような独立して存在するような金ナノ粒子９ａのことを、独立分散ナノ粒子という。

このような状態の金ナノペーストに対して、熱や電子線等のエネルギが付与されると、図１７Ｂに示すように、それぞれの金ナノ粒子９ａの表面を覆っている分散剤９ｂが、金ナノ粒子９ａの表面から剥離して、その後ガス化されて蒸発される。このように分散剤９ｂが剥離されることにより、それぞれの金ナノ粒子９ａのレア（清浄）な外表面が露出されることとなり、その結果として、図１７Ｃに示すように、近傍に位置されるそれぞれの金ナノ粒子９ａ同士の融着が開始される。

このような融着が促進されると、図１７Ｄに示すように、複数の金ナノ粒子９ａ同士が融合し、元の金ナノ粒子９ａよりも大きな金粒子９ｃが形成される。これにより、軟らかい特性と有していた金ナノペーストは、金のバルク（固体）の状態とされる。なお、このような一連のメカニズムを、金ナノペーストの焼結メカニズムということができる。

なお、本第１実施形態においては、このような金ナノペーストの固体化、すなわち安定化処理を行うことにより形成される接合電極６に対しては、外力を付加することで容易に変形させることが可能な特性を備えさせる必要があるが、上記エネルギ付与の際に、エネルギの強度や付与時間の条件を設定することで、上記特性を得ることができる。

また、上記金ナノペーストの塗布又は印刷等の具体的手段としては、例えば、スクリーンとスキージを用いて金ナノペーストを供給する方法や、インクジェット方式等を用いて金ナノペーストを供給する方法がある。また、上述のメッキ法により形成される夫々のバンプ５の形成高さとは異なり、このように金ナノペーストの供給方法によれば、金ナノペーストの供給量を精密に制御することができるため、その形成高さを微小に制御しながら夫々の接合電極６を形成することができる。なお、夫々の接合電極６の形成高さ（厚さ）は、例えば、２０μｍ程度とされる。また、ＬＥＤチップ１のＰ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎの夫々に形成されたバンプ５の先端高さ位置の相違を考慮して、基板３の夫々の基板電極４への金ナノペーストの供給量が調整され、夫々の形成高さ（厚さ）が互いに異なるように接合電極６が形成される。すなわち、図４（Ｄ）に示すように、夫々のパッド２と夫々の基板電極４との位置合わせをした状態で、基板３の上方にＬＥＤチップ１を互いに略平行（すなわち、略水平状態）となるように配置した状態において、ＬＥＤチップ１の夫々のバンプ５の先端高さ位置の異なりに基づく、夫々のバンプ５の先端と基板３の夫々の基板電極４との距離の相違に応じて、夫々の形成厚さを決定して夫々の接合電極６を形成する。つまり、Ｐ極パッド２ｐに形成されているバンプ５の先端と基板電極４との間の距離が、Ｎ極パッド２ｎに形成されているバンプ５の先端と基板電極４との間の距離よりも短いことを考慮して、Ｐ極パッド２ｐのバンプ５と基板電極４との間に配置される接合電極６の形成厚さ寸法が、Ｎ極パッド２ｎのバンプ５と基板電極４との間に配置される接合電極６の形成厚さ寸法よりも、互いの距離の差分だけ小さくなるように、夫々の接合電極６を形成する。なお、上記金ナノペーストに対する安定化処理としては、上述のようにエネルギ付与を行う場合のみに限られず、例えば、所定時間だけ金ナノペーストを放置する等により当該安定化処理を行なうような場合であってもよい。このような場合であっても、金ナノペーストに含まれている添加成分９ｂの蒸発を促すことができ、夫々の金ナノ粒子９ａを互いにより密接させることができるとともに、接合電極６の導電性を高めることができるからである。ただし、エネルギ付与により積極的な安定化処理を行う方が、実装時間の短縮化という観点、及び塗布又は印刷により形成された形状の迅速な保持という観点からは好適である。

その後、図４（Ｄ）に示すように、ＬＥＤチップ１と基板３との上記位置合わせを行なう。このような位置合わせは、例えば、ＬＥＤチップ１のパッド２が形成されているパッド形成面の反対側の面である被保持面１ａ（図示上面）を、部品保持部材の一例である吸着ノズル７の保持面７ａにより吸着保持しながら、互いの略平行に配置された状態のＬＥＤチップ１と基板３とを相対的に移動させて、夫々のパッド２と夫々の基板電極４との位置合わせを行なうことにより行なわれる。

このような位置合わせの後、図４（Ｅ）に示すように、吸着ノズル７を下降させて、ＬＥＤチップ１の夫々のバンプ５の先端を基板３の夫々の基板電極４に、夫々の接合電極６を介在させて当接させる。この当接の際、夫々のバンプ５の先端と夫々の基板電極４との間の距離寸法の相違に応じて、夫々の厚さ寸法が異なるように接合電極６が形成されているため、夫々のバンプ５の先端は、略同時的に夫々の接合電極６に当接することとなる。従って、ＬＥＤチップ１と基板３は互いの平行状態を保持したまま、上記当接が行なわれることとなる。この当接の後、吸着ノズル７の下降を停止させて、当該当接状態を保持させる。なお、夫々の接合電極６が、金ナノペーストにより形成されおり、軟らかいという性質を有していることを利用して、上記当接の後、さらに微小量だけ吸着ノズル７を下降させて、夫々のバンプ５を押し付けて（押圧して）夫々の接合電極６を微小に変形させるような場合であってもよい。このような場合にあっては、その形成精度の誤差により、夫々のバンプ５の形成高さが異なっているような場合であっても、夫々の接合電極６を微小に変形させることでもって、夫々のバンプ５と夫々の接合電極６とを十分な接触面積を確保しながら確実に当接させることができる。

その後、図４（Ｅ）に示すように、この当接状態を保持しながら、吸着ノズル７よりＬＥＤチップ１に対して超音波振動を付与する。この超音波振動は、夫々のパッド２、バンプ５、接合電極６、及び基板電極４に伝達されることとなる。この超音波振動の付与により、互いに押圧されて当接状態にある夫々のバンプ５の先端面と夫々の接合電極６の上面とにおいて、有機物等にて汚染されていない新生面が削り出され、さらに夫々の新生面同士が凝着されて、金属接合された状態とされる。また、上述のように、夫々のバンプ５と夫々の接合電極６とは十分な接触面積が確保されて確実に当接された状態とされているため、このような金属接合は、夫々のバンプ５において略同時的に行なわれることとなる。なお、吸着ノズル７によるこのような超音波振動の付与は、上記金属接合を確実に行なうため、所定時間だけ付与される。

このように金属接合が施されることにより、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２は、基板３の夫々の基板電極４に、夫々のバンプ５及び夫々の接合電極６を介して接合された状態となる。その後、吸着ノズル７によるＬＥＤチップ１の吸着保持を解除するとともに、吸着ノズル７を上昇させる。これにより、ＬＥＤチップ１が基板３に実装されて、半導体素子実装基板の一例であるＬＥＤチップ実装基板１０が完成することとなる。なお、図４（Ｆ）に示すように、ＬＥＤチップ１における夫々のパッド２が形成されている面と、基板３における夫々の基板電極３が形成されている面との間に、絶縁材料の一例である封止材料を注入することにより、封止部材８を形成して封止処理を行ない、ＬＥＤチップ１と基板３の接合部分を確実に保護することも可能である。

なお、上記においては、ペースト状の導電性材料として、例えば、金ナノペーストを用いる場合について説明したが、本第１実施形態はこのような場合のみに限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、銀（Ａｇ）ナノペーストが用いられるような場合であってもよい。銀ナノペーストは、金ナノペーストに比較して安価であるという利点がある。ただし、銀ナノペーストは、金ナノペーストに比して酸化しやすく、また、マイグレーションが発生しやすいという特徴があるため、より安定した確実かつ高精度な接合が求められるような場合にあっては、金ナノペーストを用いることが好ましい。

また、上記においては、各々の基板電極４の上面に１つの接合電極６が形成されるような場合について説明したが、本第１実施形態はこのような場合にのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、図６に示す基板電極４の模式拡大断面図のように、１つの基板電極４の上面に、複数の突起が形成されるように、複数の接合電極６ａが形成されるような場合であってもよい。このような場合にあっては、夫々の接合電極６ａの形成高さに対して、形成幅をより小さくすることができるため、夫々の接合電極６ａを超音波振動付与により、より変形しやすい形状（アスペクト比）とすることができる。従って、超音波振動付与による接合に要する時間の短縮化を図ることができるとともに、上記変形しやすい形状を有していることにより、より確実かつ安定した接合を行なうことができる。なお、このような夫々の接合電極６ａの形成は、金ナノペーストを用いて、例えばインクジェット方式等により印刷して形成することができる。また、個々の接合電極６ａは、例えば、形成幅が２０μｍ程度、形成高さが２０μｍ程度にて形成される。なお、夫々の接合電極６ａの形成間隔（形成ピッチ）は、その接合状態等に応じて最適な値に設定されることが望ましい。

また、上記においては、夫々の接合電極６が、基板３の夫々の基板電極４の上面に形成される場合について説明したが、本第１実施形態はこのような場合にのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、図７に示すように、ＬＥＤチップ１の夫々のバンプ５の上に、夫々の接合電極６ｂが形成されるような場合であってもよい。このような場合であっても、夫々のパッド２が夫々の基板電極４に、夫々のバンプ５及び接合電極６ｂを介在させて当接させることができることに変わりはないからである。

また、例えば、メッキ法にて形成される夫々のバンプ５が、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２上に形成されるような場合に代えて、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、基板３の夫々の基板電極４上に夫々のバンプ５が形成されて、上記超音波振動の付与により接合が行われるような場合であってもよい。夫々のパッド２の形成高さが異なっているＬＥＤチップ１に対して、基板３においては、夫々の基板電極４の形成高さが略均一とされているため、上記メッキ法にてより効率的に夫々のバンプの形成を行なうことができるという利点がある。さらに、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、ＬＥＤチップ１のそれぞれのパッド２上、及び基板３のそれぞれの基板電極４上の両方にそれぞれのバンプ５Ａ、５Ｂが形成されるような場合であってもよい。

上記第１実施形態によれば、以下のような種々の効果を得ることができる。

まず、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２にメッキ法にて形成されている夫々のバンプ５は、その硬度が８０〜９０ＨＶ程度と高く、また、基板３の夫々の基板電極４の硬度も７０〜９０ＨＶ程度と高いため、両者を互いに当接させた状態で超音波振動を付与するだけでは、バンプ潰れが発生し難く、十分な金属接合を施すことが困難であるのに対して、夫々のバンプ５と夫々の基板電極４との間に、軟らかい材料であるペースト状の導電性材料である金ナノペーストに対してエネルギを与えることで生成した金属膜で形成された接合電極６を配置させて、上記夫々の硬度よりも十分に低い硬度を有する夫々の接合電極６を介在させて、夫々のバンプ５と夫々の基板電極４とを当接させながら、超音波振動の付与を行なうことで、十分な金属接合を行なうことができる。

すなわち、当該当接の際に、バンプ５等と比べて軟らかい夫々の接合電極６を、夫々のバンプ５と基板電極４との間で押圧して、微小に変形させることにより、夫々のバンプ５と基板電極４とを夫々の接合電極６を介在させて、確実に当接することができる。また、この当接の際に、夫々のバンプ５と夫々の接合電極６との当接部分には、十分な接合面積（接触面積）が確保されることとなる。このような状態で、超音波振動を付与することで、上記十分な接合面積にて、確実にかつ十分な接合強度でもって、金属接合を行なうことができ、安定した接合を行なうことができる。また、夫々のバンプ５と夫々の基板電極４の間には、同じ材料で形成された夫々の接合電極６が介在されているため、夫々のバンプ５と基板電極４との接合条件を同様なものとすることができる。よって、夫々のバンプ５と基板電極４との接合電極６を介在させた接合を同時的に行なうことができるため、一部のバンプ等が先に接合してしまうこと等による応力集中の発生の問題を未然に防止することができ、より高精度かつ安定した接合を行なうことができる。

また、メッキ法にて形成される夫々のバンプ５には、その形成精度により形成高さが異なる場合があるが、このように形成高さのバラツキがあるような場合にあっても、夫々の接合電極６が軟らかい材料である金ナノペーストで形成されていることにより、夫々の接合電極６にて夫々のバンプ５の形成高さのバラツキを吸収しながら、夫々のバンプ５と基板電極４とを夫々の接合電極６を介在させて、確実に当接させることができ、超音波振動付与による確実かつ安定した接合を行なうことができる。

また、その形状を保持するには軟らかすぎるという特性を有する金ナノペーストに対して、塗布や印刷による供給後にエネルギを与えて安定化処理を行うことで、その形状の安定した保持を行うことができ、確実な当接及び接合を実現することができる。特にこのような安定化処理は、特殊な薬液等を用いることなく、熱、超音波、あるいは電子線等のエネルギ付与により行うことができるため、迅速かつ確実な処理を実現することができる。

また、このように夫々のバンプ５を基板電極４に、夫々の接合電極６を介在させて、確実に当接させた状態にて、超音波振動の付与を行なうことにより、夫々のバンプ５の先端と夫々の接合電極６とを略同時的に接合することができ、また、その接合に要する時間を短縮化することができる。従って、略同時的に接合が行なわれないことや接合に要する時間が長くなることに伴う接合不良の問題の発生を未然に防止することができる。

また、エネルギ付与が行われた金ナノペーストにより形成されている夫々の接合電極６は、バンプ５等と比べてその硬度が著しく低く、軟らかいという特性を有しているため、硬度が高いバンプ５に超音波振動の付加による応力集中を生じさせることもなく、バンプ５にクラックを生じさせてしまうという問題の発生を減少させることができる。

また、Ｐ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎの形成高さが相違するという特徴を有するＬＥＤチップ１に形成された夫々のバンプ５の先端と、基板３の夫々の基板電極４との間の距離寸法の相違に応じて、金ナノペーストをその供給量を調整しながら、夫々の厚さ寸法が異なるように夫々の接合電極６を形成することにより、Ｐ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎとの形成高さの異なりに対処しながら、確実かつ安定した実装を行なうことができる。すなわち、このように夫々のパッド２の形成高さが異なっているような場合であっても、当該異なりを夫々の接合電極６にて調整して、ＬＥＤチップ１と基板３との間の水平度を保ちながら、ＬＥＤチップの実装を行なうことができる。

また、このような接合電極６の形成においては、軟らかいペースト状の材料であるという特性を利用して、金ナノペーストを塗布又は印刷等の手段にてその供給量を微小に制御しながら行なうことができるため、上記厚さ寸法の制御を確実に行なうことができる。

このように金ナノペーストを用いて超音波接合（金属接合）を実現することができることより、その許容温度が２００℃以下程度であり、半田の融点２３８℃よりも低い許容温度を有し、熱に弱いという特徴を有するＬＥＤチップ１を、半田リフローを用いずに基板３に実装することができる。これにより、従来の半田リフローの際において、熱や発生するガスによりＬＥＤチップが受ける損傷の発生を未然に防止することができる。また、半田を使用することに伴い必要であったフラックス供給工程や洗浄工程を不要とすることができ、時間と労力を低減し、効率的な実装を可能とすることができる。それとともに、近年の環境問題にも対処することができる。

従って、上記第１実施形態の実装方法によれば、ＬＥＤチップ１への電圧付加に伴って発生する熱を基板３側へ効率的に逃がすために大きなサイズにて形成されている夫々のパッド２、バンプ５、及び基板電極４の互いの接合を、接合電極６を用いることで、十分な超音波振動を効果的に付与し、かつ、その振動付与時間を短縮化しながら、確実かつ効率的に行なうことができる。

（第２実施形態）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第２の実施形態にかかる半導体素子の実装方法の一例であるＬＥＤチップ１の実装方法について、図５Ａから図５Ｅに示す模式説明図を用いて説明する。なお、上記第１実施形態におけるＬＥＤチップ１や基板３が有する同じ構成部分については、その説明の理解を容易なものとすることを目的として、同じ参照番号を付している。

まず、図５Ａに示すように、ＬＥＤチップ１の上面には、上記第１実施形態と同様に、夫々のパッド２の上面にバンプ５が形成されている。このような夫々のバンプ５は、例えば、メッキ法にて金を用いて形成されている。また、ＬＥＤチップ１のＰ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎとの形成高さの相違（例えば、２μｍの形成高さの相違あり）があるため、形成された夫々のバンプ５の先端の高さ位置にも同程度の高さの相違が存在している。

また、図５Ｂに示すように、基板３における夫々の基板電極４の図示上面に、金ナノペーストを、塗布又は印刷の手段を用いて供給し、夫々の接合電極１６を形成する。このように形成される夫々の接合電極１６は、上記第１実施形態の場合と異なり、その形成厚さが略均一な状態で、例えば、２０μｍ程度の形成厚さでもって形成される。また、このように供給された金ナノペーストに対して所定のエネルギを付与することにより、その形状の安定化が図られた状態にて、それぞれの接合電極１６が形成される。

その後、図５Ｃに示すように、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２が形成されていない側の表面を、吸着ノズル７にて吸着保持して、基板３の上方に配置して、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２と基板３の夫々の基板電極４とを互いに接合可能に基板３の表面沿いの方向に位置合わせを行なう。

この位置合わせの後、ＬＥＤチップ１の夫々のバンプ５の先端を、夫々の接合電極１６に当接させるように、吸着ノズル７を下降させてＬＥＤチップ１の下降を行なう。このとき、上述したように、夫々のバンプ５の先端の高さ位置は互いに異なっているため、Ｐ極パッド２ｐ上に形成されているバンプ５が、Ｎ極パッド２ｎ上に形成されているバンプ５よりも、先に、接合電極１６に当接されることとなる。この当接の後、さらに、継続して吸着ノズル７を微小に下降させて、当該当接状態にある上記接合電極１６を、Ｐ極パッド２ｐに形成されているバンプ５にて押圧して変形させる。このように上記接合電極１６が変形されることにより、当接状態になかったＮ極パッド２ｎ上に形成されているバンプ５をさらに下降させることができ、図５Ｄに示すように、当該バンプ５を接合電極１６に当接させることができる。この当接状態、すなわち、夫々の接合電極１６が、夫々のバンプ５に接触されて押圧されている状態を保持したまま、吸着ノズル７の下降動作を停止させる。

その後、図５Ｄに示すように、この当接状態を保持しながら、吸着ノズル７よりＬＥＤチップ１に対して所定時間だけ超音波振動を付与する。この超音波振動の付与により、互いに押圧されて当接状態にある夫々のバンプ５の先端面と夫々の接合電極１６の上面とが互いに凝着されて、金属接合された状態とされる。

このように金属接合が施されることにより、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２は、基板３の夫々の基板電極４に、夫々のバンプ５及び夫々の接合電極１６を介して接合された状態となる。その後、吸着ノズル７によるＬＥＤチップ１の吸着保持を解除するとともに、吸着ノズル７を上昇させる。これにより、図５Ｅに示すように、ＬＥＤチップ１が基板３に実装されることとなる。

上記第２実施形態によれば、上記第１実施形態にように、ＬＥＤチップ１におけるＰ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎとの形成高さの相違に起因する夫々のバンプ５の先端高さ位置の相違に応じて、夫々の接合電極６の形成厚さを異ならせて形成しないような場合であっても、夫々の接合電極１６が、ペースト状の導電性材料である金ナノペーストで形成された軟らかい（バンプ５等と比べて軟らかい）という特性を利用して、夫々のバンプ５の形成高さに応じて、バンプ５にて接合電極１６を押圧して変形させることで、夫々のバンプ５の先端高さ位置の相違を吸収することができる。

従って、このように夫々のパッド２の形成高さや夫々のバンプ５の形成高さに相違があるような場合であっても、接合電極１６を変形させて、確実な当接を行なうことができる。また、このように確実に当接された状態で、超音波振動が付与されることにより、夫々のバンプ５と夫々の接合電極１６とを確実に金属接合することができ、超音波振動の付与により、ＬＥＤチップ１の基板３への実装を確実に行なうことができる。

また、このような実装方法によれば、ＬＥＤチップ１のように、Ｐ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎの形成高さが互いに相違するということが予め判っているような場合に限られず、夫々のパッドやバンプがその形成精度により形成高さがばらついているような場合にも適用することができ、より汎用性の高い実装方法であると言える。

（第３実施形態）
本発明の第３の実施形態にかかる半導体素子の実装方法の一例であるＬＥＤチップ１の実装方法について、図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃに示す模式説明図を用いて説明する。なお、上記第１実施形態におけるＬＥＤチップ１や基板３が有する同じ構成部分については、その説明の理解を容易なものとすることを目的として、同じ参照番号を付している。

本第３実施形態の実装方法においては、上記第１実施形態及び上記第２実施形態の実装方法のように、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２上にメッキ法にてバンプを形成して、当該夫々のバンプを介在させて、ＬＥＤチップ１を基板３に実装するのではなく、夫々のバンプを形成することなく実装を行なうものである。

まず、図８Ａに示すように、基板３の夫々の基板電極４の上面に、金ナノペーストを、塗布又は印刷の手段を用いて供給して、夫々の接合電極２６を形成する。このとき、第１実施形態における実装方法と同様に、ＬＥＤチップ１のＰ極パッド２ｐとＮ極パッド２ｎとの形成高さの相違に応じて、夫々の接合電極２６の厚さ寸法が異なるように、金ナノペーストの供給量を微小に調整しながら、夫々の接合電極２６の形成を行なう。なお、上記夫々の接合電極２６の形成においては、供給された金ナノペーストに対して所定のエネルギを付与することにより、その形成された形状の安定化を図る。

その後、図８Ａに示すように、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２が形成されていない側の表面を、吸着ノズル７にて吸着保持して、基板３の上方に配置して、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２と基板３の夫々の基板電極４とを互いに接合可能に基板３の表面沿いの方向に位置合わせを行なう。

この位置合わせの後、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２を、夫々の接合電極２６に当接させるように、吸着ノズル７を下降させてＬＥＤチップ１の下降を行なう。このとき、ＬＥＤチップ１における夫々のパッド２の形成高さは異なっているものの、この異なりに応じて、基板３において夫々の接合電極２６が形成されているため、Ｐ極パッド２ｐの接合電極２６への当接と、Ｎ極パッド２ｎの接合電極２６への当接とが、略同時的に行なわれることとなる。この当接状態を保持したまま、吸着ノズル７の下降動作を停止させる。この状態においては、夫々の接合電極２６が、夫々のパッド２に接触されて押圧されている状態が保たれている。

その後、図８Ｂに示すように、この当接状態を保持しながら、吸着ノズル７よりＬＥＤチップ１に対して所定時間だけ超音波振動を付与する。この超音波振動の付与により、互いに押圧されて当接状態にある夫々のパッド２の表面と夫々の接合電極２６の上面とが互いに凝着されて、金属接合された状態とされる。

このように金属接合が施されることにより、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２は、基板３の夫々の基板電極４に、夫々の接合電極２６を介して接合された状態となる。その後、吸着ノズル７によるＬＥＤチップ１の吸着保持を解除するとともに、吸着ノズル７を上昇させる。これにより、図８Ｃに示すように、ＬＥＤチップ１が基板３に実装されることとなる。

なお、上記においては、このような接合電極２６が基板３の夫々の基板電極４上に形成される場合について説明したが、このような場合に代えて、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２上に接合電極２６が形成されるような場合であってもよい。いずれの場合であっても、夫々の接合電極２６を介在させて、夫々のパッド２と基板電極４との当接を行なうことができるからである。

上記第３実施形態によれば、上記第１実施形態及び上記第２実施形態における実装方法のように、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２上、又は基板３の夫々の基板電極３上に、メッキ法等により夫々のバンプ５を形成するような場合とは異なり、夫々のバンプの形成を行なわずに、夫々のパッド２と夫々の基板電極４とを夫々の接合電極２６を介在させて当接させた状態にて、超音波振動を付与することにより、夫々のパッド２と基板電極４との接合電極２６を介在させた接合を行なうことができる。

このような実装方法にあっては、メッキ法によるバンプの形成工程を伴わないため、当該工程に要する時間と労力を不要とすることができ、より効率的な実装方法を提供することができる。

ここで、上記夫々の実施形態にて行なわれる超音波振動の付与における接合（超音波接合）において求められる一般的な条件について、図９に示す従来の超音波接合方法を示す模式説明図を用いて説明する。

図９に示す従来の超音波接合方法においては、吸着ノズル５１０により吸着保持された半導体素子５１０における夫々の素子電極５０２上に形成された夫々のバンプ５０５が、基板５０３の夫々の基板電極５０４に、所定の垂直荷重であるボンディング荷重Ｆでもって押圧されながら当接された状態にて、吸着ノズル５１０より超音波振動が付与されることにより、超音波接合が行なわれる。このとき、吸着ノズル５１０の半導体素子５１０の保持面と半導体素子５０１の図示上面との間の摩擦係数をμ１とし、互いに当接状態にあるバンプ５０５と基板電極５０４との間の摩擦係数をμ２とし、基板５０３とこの基板５０３が保持されているステージ５２０との間の摩擦係数をμ３とする。

このような超音波接合において、理想的な超音波接合を実施するためには、（μ３Ｆ＞μ１Ｆ＞μ２Ｆ）の条件が確保されることが望ましい。すなわち、吸着ノズル５１０による超音波振動の付与により、夫々のバンプ５０５と基板電極５０４との当接部分に効果的に上記超音波振動が伝達されることが好ましく、吸着ノズル５１０の保持面と半導体素子５０１との間や、基板３とステージ５２０との間には、積極的に超音波振動が伝達されることは好ましくない。例えば、（μ２Ｆ＞μ１Ｆ）の条件においては、夫々のバンプ５０５と基板電極５０４との当接部分よりも、吸着ノズル５１０の保持面と半導体素子５０１との間に、より積極的に超音波振動が付与されることとなる。このような場合にあっては、吸着ノズル５１０と半導体素子５０１との間に横滑りが発生することとなり、超音波接合自体を行なうことができない場合が起り得る。

これに対して、本発明の上記夫々の実施形態にかかる実装方法においては、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２と、基板３の夫々の基板電極４との間に、所定のエネルギが付与されて安定化処理がなされた金ナノペーストにて形成された接合電極が介在された状態で、超音波振動の付与が行なわれるため、最も軟らかい部分である夫々の接合電極に超音波振動を積極的に集中させることができる。よって、超音波接合に要する時間を短縮化したより効果的な接合を行なうことが可能となる。従って、吸着ノズルの横滑りやＬＥＤチップやバンプ等の損傷等の発生を未然に防止することができる超音波振動付与による接合方法を提供することができる。

また、上記夫々の実施形態においては、ＬＥＤチップ１の夫々のパッド２、夫々のバンプ５、あるいは基板３の夫々の基板電極４上に、金ナノペーストが供給されて夫々の接合電極を必要とされる位置に形成するような場合について説明したが、本発明はこのような場合にのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、予め、金ナノペーストと絶縁材料を用いて、絶縁シート中に金ナノペーストにより形成された接合電極が配置されているようなシートを形成し、このシート中に形成されている接合電極とＬＥＤチップ１のパッド２及び基板３の基板電極４との位置合わせを行なった上で、ＬＥＤチップ１のパッド２と基板３の基板電極４とを、上記シート中の接合電極を介在させて当接させるような場合であってもよい。このように当接された状態にて超音波振動の付与を行なうことにより、パッド２と基板電極４とを上記シート中の接合電極を介在させて接合することができる。また、それと同時的に、当該接合部分の周囲を上記シート中における絶縁材料により封止する封止処理をも行なうことができる。

また、上記夫々の実施形態においては、半導体素子がＬＥＤチップ１であるような場合について主に説明したが、半導体素子はこのような場合にのみ限定されるものではない。半導体素子が基板に素子電極を介して実装されるものであれば、半導体素子の機能等に関係なく本発明の実装方法を適用することができることは言うまでもない。また、このような半導体素子に形成されている素子電極についても、複数個形成されている場合、あるいは１個のみが形成されている場合のいずれの場合であっても、本発明の実装方法を適用することができる。

また、ここで、ＬＥＤチップの基板への実際の実装状態の一例として、ＬＥＤチップ１が基板３に実装された状態における接合部分の拡大断面図を図１４に示す。図１４に示すように、ＬＥＤチップ１のパッド２には、バンプ５が形成されており、また、基板３には金ナノペーストにて形成された電極配線３６が形成されている。バンプ５の下方先端を電極配線に当接させた状態で超音波振動が付与されることにより、バンプ５の下方先端の表面と、これに接触されている電極配線３６の表面とが金属接合されることにより、上記実装が行われている。なお、バンプ５はその大きさが５０μｍ×５０μｍにて形成されている。

また、上記実施形態においては、金ナノペーストにて形成された夫々の接合電極６に超音波振動が施されることにより、超音波接合が行なわれるような場合について説明したが、このような接合電極６を用いた接合方法は、このような場合にのみ限られるものではない。このような場合に代えて、例えば、超音波振動の付与を伴うことなく、夫々の接合電極６を夫々のパッド２及び基板電極４で挟むようにして押圧して、その形状を変形させて、各々のパッド２と各々の基板電極４とを各々の接合電極６を介在させて当接させることで、接合を行なうような場合であってもよい。なお、このような当接の後に、夫々の接合電極６を加熱して、その後冷却硬化させることで上記接合を行なうような場合であってもよく、また、夫々の接合電極６を放置することで、自然に硬化させることで上記接合を行なうような場合であってもよい。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本発明の第１実施形態にかかる実装方法にて用いられるＬＥＤチップの構造を示す模式平面図である。 図１のＬＥＤチップの構造を示す模式断面図である。 図１のＬＥＤチップの模式断面図である。 ＬＥＤチップが実装される基板の模式断面図である。 上記第１実施形態にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、（Ａ）はバンプが形成された状態のＬＥＤチップの模式断面図であり、（Ｂ）は接合電極が形成された状態の基板の模式断面図であり、（Ｃ）は金ナノペーストで形成された接合電極の模式拡大断面図であり、（Ｄ）はＬＥＤチップと基板が位置合わせされた状態であり、（Ｅ）は互いに当接状態にあるＬＥＤチップと基板に超音波振動が付与されている状態であり、（Ｆ）は封止処理が施された状態を示す。 本発明の第２実施形態にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、バンプが形成された状態のＬＥＤチップの模式断面図である。 本発明の第２実施形態にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、接合電極が形成された状態の基板の模式断面図である。 本発明の第２実施形態にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、ＬＥＤチップと基板が位置合わせされた状態の図である。 本発明の第２実施形態にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、互いに当接状態にあるＬＥＤチップと基板に超音波振動が付与されている状態の図であり、実装完了状態の図である。 本発明の第２実施形態にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、実装完了状態の図である。 上記第１実施形態の変形例にかかるＬＥＤチップの実装方法において用いられる接合電極の模式拡大断面図である。 上記第１実施形態の変形例にかかるＬＥＤチップの実装方法を示す模式断面図であり、ＬＥＤチップのバンプ上に接合電極が形成されている状態を示している。 本発明の第３実施形態にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、バンプが形成されていないＬＥＤチップと基板が位置合わせされた状態の図である。 本発明の第３実施形態にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、互いに当接状態にあるＬＥＤチップと基板に超音波振動が付与されている状態の図である。 本発明の第３実施形態にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、封止処理が施された状態の図である。 超音波振動付与による従来の半導体素子の実装方法におけるボンディング荷重と摩擦係数の関係を示す模式説明図である。 従来の半導体素子の実装方法を示す模式説明図であり、半導体素子と基板とが位置合わせされた状態の図である。 従来の半導体素子の実装方法を示す模式説明図であり、互いに当接状態にある半導体素子と基板に超音波振動が付与されている状態の図である。 従来の半導体素子の実装方法をさらに示す模式説明図であり、超音波振動付与が開始された状態の図である。 従来の半導体素子の実装方法をさらに示す模式説明図であり、素子電極とバンプとの拡散が進行している状態の図である。 従来の半導体素子の実装方法をさらに示す模式説明図であり、合金層においてクラックが発生している状態の図である。 さらに別の従来の半導体素子の実装方法を示す模式説明図であり、半導体素子に形成された夫々のバンプ高さにバラツキが生じている状態の図である。 さらに別の従来の半導体素子の実装方法を示す模式説明図であり、一方のバンプのみが当接された状態にて超音波振動の付与が行われている状態の図である。 さらに別の従来の半導体素子の実装方法を示す模式説明図であり、一方のバンプの接合が完了しているのに、他方のバンプに対して接合が行われている状態の図である。 従来の半導体素子の実装方法におけるメッキ法による金バンプの形成工程を示すフローチャートである。 本発明の実施例にかかるＬＥＤチップの基板への実装状態の拡大断面図である。 上記第１実施形態の変形例にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、基板にバンプが形成され、ＬＥＤチップと当該基板との位置合わせが行われた状態の図である。 上記第１実施形態の変形例にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、互いに当接状態にあるＬＥＤチップと基板に超音波振動が付与されている状態の図である。 上記第１実施形態の変形例にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、ＬＥＤチップと基板の両方にバンプが形成され、当該ＬＥＤチップと基板との位置合わせが行われた状態の図である。 上記第１実施形態の変形例にかかるＬＥＤチップの実装方法の手順を示す模式説明図であり、互いに当接状態にあるＬＥＤチップと基板に超音波振動が付与されている状態の図である。 金ナノペーストの安定化処理のメカニズムの模式断面図であり、常温での分散状態を示す図である。 金ナノペーストの安定化処理のメカニズムの模式断面図であり、エネルギ付与を開始した状態を示す図である。 金ナノペーストの安定化処理のメカニズムの模式断面図であり、金ナノ粒子の融合が開始した状態を示す図である。 金ナノペーストの安定化処理のメカニズムの模式断面図であり、融合が完了した状態を示す図である。

符号の説明

１ ＬＥＤチップ
２ パッド
２ｐ Ｐ極パッド
２ｎ Ｎ極パッド
３ 基板
４ 基板電極
５ バンプ
６ 接合電極
７ 吸着ノズル
８ 封止部材
１０ ＬＥＤチップ実装基板

Claims (15)

1. 基板が有する夫々の基板電極に接合可能な複数の素子電極を有する半導体素子を、上記夫々の基板電極と上記夫々の素子電極とを接合することで、上記基板に実装する半導体素子の実装方法において、
   上記夫々の基板電極又は上記夫々の素子電極に、ペースト状の導電性材料を塗布又は印刷にて供給し、
   当該供給されたペースト状の導電性材料にエネルギを付与することで、上記各々の素子電極と上記各々の基板電極との間に上記ペースト状の導電性材料にて形成された接合部材を形成し、
   上記各々の素子電極と上記各々の基板電極とを上記各々の接合部材を介在させて当接させ、
   上記当接状態において、上記夫々の接合部材、並びに上記夫々の素子電極又は上記基板電極に超音波振動を付与することにより、上記各々の接合部材と上記各々の基板電極及び上記各々の素子電極とを接合させる半導体素子の実装方法。
2. 上記ペースト状の導電性材料の供給を行なった後、上記エネルギを付与することで、当該ペースト状の導電性材料により形成された形状の安定化を図って、上記夫々の接合部材の形成を行なう請求項１に記載の半導体素子の実装方法。
3. 上記ペースト状の導電性材料は金ナノペーストであって、上記接合材料は当該金ナノペーストに上記エネルギが付与されることで生成された金属膜である請求項１又は２に記載の半導体素子の実装方法。
4. 上記各々の接合部材を介在させながら、上記各々の素子電極を上記各々の基板電極に対して相対的に押圧し、上記夫々の接合部材を変形させることにより、上記各々の素子電極と上記各々の基板電極との上記各々の接合部材を介在させての当接を行なう請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法。
5. 個々の上記基板電極又は個々の上記素子電極に、複数の上記接合部材を形成する請求項１から４のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法。
6. 上記夫々の接合部材への上記超音波振動の付与は、上記半導体素子における上記夫々の素子電極の形成面と逆側の面である被保持面が、部品保持部材の保持面にて保持された状態にて、上記部品保持部材により上記半導体素子を通して上記超音波振動の付与が行なわれる請求項１から５のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法。
7. 上記半導体素子は、上記夫々の素子電極として、互いに形成高さが異なるＰ型電極とＮ型電極とを有し、
   上記Ｐ型電極と上記Ｎ型電極との形成高さの異なりによる上記各々の素子電極と上記各々の基板電極との間の距離寸法の相違に応じて、上記夫々の接合部材の厚さ寸法が異なるように、上記夫々の接合部材の形成を行なう請求項１から６のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法。
8. 上記半導体素子は上記夫々の素子電極に形成された複数の突起電極を有し、
   上記各々の突起電極又は上記各々の基板電極に上記ペースト状の導電性材料を塗布又は印刷にて供給するとともに、当該ペースト状の導電性材料にエネルギを付与することで、上記夫々の接合部材を形成し、
   上記各々の素子電極と上記各々の基板電極とを上記各々の接合部材及び上記各々の突起電極とを介在させて当接させる請求項１に記載の半導体素子の実装方法。
9. 上記夫々の突起電極は、メッキ法により導電性材料を用いて形成される請求項８に記載の半導体素子の実装方法。
10. 上記半導体素子は、上記夫々の素子電極として、互いに形成高さが異なるＰ極電極とＮ極電極とを有し、
    上記夫々の素子電極の形成高さの異なりに基づく上記夫々の突起電極の先端高さ位置の異なりにより生じる上記各々の突起電極の先端と上記各々の基板電極との間の距離寸法の相違に応じて、上記夫々の接合部材の厚さ寸法が異なるように、上記夫々の接合部材の供給を行なう請求項８又は９に記載の半導体素子の実装方法。
11. 上記基板は上記夫々の基板電極に形成された複数の突起電極を有し、
    上記各々の突起電極又は上記各々の素子電極に上記ペースト状の導電性材料を塗布又は印刷にて供給するとともに、当該ペースト状の導電性材料にエネルギを付与することで、上記夫々の接合部材を形成し、
    上記各々の素子電極と上記各々の基板電極とを上記各々の接合部材及び上記各々の突起電極とを介在させて当接させる請求項１に記載の半導体素子の実装方法。
12. 上記半導体素子は、上記夫々の素子電極として、互いに形成高さが異なるＰ極電極とＮ極電極とを有し、
    上記夫々の素子電極の形成高さの異なりにより生じる上記夫々の素子電極と上記各々の突起電極の先端との間の距離寸法の相違に応じて、上記夫々の接合部材の厚さ寸法が異なるように、上記夫々の接合部材の供給を行なう請求項１１に記載の半導体素子の実装方法。
13. 上記半導体素子の上記夫々の素子電極と、上記基板の上記夫々の基板電極との上記夫々の接合部材を介在させての上記当接の前に、上記基板における上記夫々の基板電極に対して、プラズマ洗浄処理を施す請求項１から１２のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法。
14. 上記半導体素子の上記夫々の素子電極と上記基板の上記夫々の基板電極との上記夫々の接合部材を介在させての接合の後、当該接合部分の周囲を絶縁材料にて封止処理を行なう請求項１から１３のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法。
15. 上記半導体素子は、ＬＥＤ素子であり、上記夫々の接合部材は、上記ＬＥＤ素子への電圧付加により発生する熱を上記基板側へ伝熱させる機能を有している請求項１から１４のいずれか１つに記載の半導体素子の実装方法。

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