JP2007049040A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＡＣＦ等の薄膜の接合材料を用いることなく、高速かつ高精細な実装を可能とする接合方法を提供する。
【解決手段】 ＴＣＰのバンプとＬＣＤのアレイ配線とが近接あるいは接触した状態で保持される。レーザ光をアレイ配線に照射する。その際、アレイ配線（金属電極）が溶融温度を越えるまでレーザ光を照射する。そうすると、レーザ光からのエネルギーによりアレイ配線の金属電極は加熱されてアレイ配線の金属電極の表面付近が溶融し、上側の金属電極と接触状態となる。そして、接触状態となった場合、互いの金属電極において、各々の金属電極を構成する金属原子が接触状態となった金属電極に移動するいわゆる原子拡散現象が起きる。この原子拡散現象が生じれば互いの金属原子が混ざり合い合金が形成され、ＴＣＰのバンプとＬＣＤのアレイ配線とが接合される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、液晶表示パネルと駆動回路基板とを接合するのに適した接合方法に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータ、その他各種モニタ用の画像表示装置として、液晶表示装置が急速に普及してきている。

この種の液晶表示装置は、一般に液晶表示パネルの背面に照明用の面状光源であるバックライトを配設することにより、所定の広がりを有する液晶面を全体として均一な明るさに照射することで、液晶面に形成された画像を可視像化するように構成されている。

液晶表示装置は、液晶材料を２枚のガラス基板の間に封入して構成した液晶表示パネルと、液晶表示パネル上に実装された液晶材料を駆動するためのプリント回路基板と、液晶表示パネルの背面に液晶表示パネル保持フレームを介して配置されるバックライト・ユニットと、これらを覆う外枠フレームとを備えている。

液晶表示装置の中でＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）液晶表示装置の場合、液晶表示パネルを構成するガラス基板のうちの一方のガラス基板はアレイ基板を構成し、他の一方のガラス基板はカラーフィルタ基板を構成する。

アレイ基板には、液晶材料の駆動素子であるＴＦＴ、表示電極、信号線の他にプリント回路基板と電気的に接続するための引出電極などが形成されておりガラス基板上にＴＦＴが規則的に配列されているためにアレイ基板とも称されている。

カラーフィルタ基板には、カラーフィルタの他にコモン電極、ブラックマトリックス、配向膜などが形成されている。

プリント回路基板は、アレイ基板に形成された引出電極とＴＡＢ（Tape Automated Bonding）テープキャリア（以下、単にＴＡＢとも称する）を介して接続（実装）されるのが一般的である。あるいはＴＡＢ技術によりテープフィルムにＬＳＩチップを接続したパッケージ（すなわちテープキャリアパッケージ（以下、ＴＣＰとも称する））を実装することも行なわれている。また、ＴＡＢ技術に限らず同一のパッケージ技術としてＣＯＦ（Chip on film/FPC）やＳＯＦ（System on Film）も挙げることができる。

そして、ＴＡＢの入力リード導体はプリント回路基板の対応する導体に接続されることになる。一方、ＴＡＢの出力リード導体はアレイ基板の対応する引出電極に接続される。その接続の際、すなわちＴＡＢの入力リード導体とプリント回路基板の対応する導体との接続の際には、たとえばはんだやＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電膜）あるいはＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste：異方性導電ペースト）の薄膜の接合材料が用いられている。あるいは、ＮＣＰ（Non Conductive Particle/Paste）などの工法や材料が用いられている。なお、以下においてはＡＣＦあるいはＡＣＰ、ＮＣＰ等を単にＡＣＦとも称することとする。

ＡＣＦは、接着剤としての樹脂中に導電材料からなる粒子を分散させたものであり、熱可塑性樹脂を接着剤とする熱可塑型ＡＣＦと熱硬化型樹脂を接着剤とする熱硬化型ＡＣＦの２種類が存在する。熱可塑型ＡＣＦおよび熱硬化型ＡＣＦによる接合の手法は、加熱および加圧を伴う熱加圧を行なう点で一致しており、特開２００２−２４９７５１号公報においては、ヒータツールおよび近赤外線ランプを照射して熱圧着する方式を開示している。

また、別の方式としては、特開２０００−２６１２７号公報においては、ガラス板と接着相手物との接着の際に、その間に設けられた薄膜にレーザ光を照射して２つの物体を溶着させる方式を開示している。
特開２００２−２４９７５１号公報 特開２０００−２６１２７号公報

しかしながら、従来のＡＣＦを用いた熱圧着に基づく接合方法は、材料の熱膨張や収縮を考慮に入れた方法ではないために、狭ピッチや狭額縁が必要とされる大型の液晶表示パネルでは、特に熱膨張および収縮量が増大するため、さまざまな問題を有することとなる。

具体的には、ポリイミド等を基材として形成されるＴＡＢ、シリコンチップ等によって形成される実装物を実装した場合に接着剤であるＡＣＦに接するアレイ基板とＴＡＢまたはシリコンチップ等の熱膨張後の収縮量の違いによって実装むらが発生することがある。

この実装むらは、ＡＣＦの接合力が強力であるほど発生の程度が大きい。特にシリコンチップの実装では、ＴＡＢと比較してチップの剛性が高いため、はっきりとしたむらになって現れてくることになる。これが、大型高精細液晶表示パネルの実装技術としてシリコンチップの実装が普及しない大きな要因ともなっている。

また、ＡＣＦに限らず、他の薄膜の接合材料を用いて接合する場合においても、同様の熱膨張や収縮を考慮する必要があるとともに、これら、狭ピッチや狭額縁が必要とされる大型の液晶表示パネルにおいては、接合の際の薄膜のアライメント調整等を精度よく実行する必要があり、プロセスが複雑になるととともに、接合材料自体のコストも掛かることになる。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、ＡＣＦ等の薄膜の接合材料を用いることなく、高速かつ高精細な実装を可能とする接合方法を提供することを目的とする。

本発明に係る接合方法は、電気的な経路を形成するために被接合体として第１の部材の有する第１の金属電極と、第２の部材の有する、第１の金属電極よりも融点の高い第２の金属電極とを接合する接合方法であって、第１の金属電極と第２の金属電極とは近接または接触した状態で、第１の金属電極に対してレーザを照射し、第１の部材を有する第１の金属電極と第２の部材の有する第２の金属電極とは近接または接触した状態で保持される。レーザは、第１の金属電極の温度が融点以上に達するまで照射されて第１の金属電極を溶融して第２の金属電極に接し、金属電極相互の原子拡散現象により接合する。

本発明に係る別の接合方法は、電気的な経路を形成するために被接合体として第１の部材の有する第１の金属電極と、第２の部材の有する、第１の金属電極と同一の金属である第２の金属電極とを接合する接合方法であって、第１の金属電極と第２の金属電極とは近接または接触した状態で、第１および第２の金属電極の近接領域に対してレーザを照射し、第１の部材を有する第１の金属電極と第２の部材の有する第２の金属電極とは近接または接触した状態で保持される。レーザは、第１および第２の金属電極の温度が融点以上に達するまで照射されて、第１および第２の金属電極を溶融して互いに接し、金属電極相互の原子拡散現象により接合する。

好ましくは、第１の金属電極と第２の金属電極との接合後、レーザの照射を停止し、第１の部材の保持を解除する。

好ましくは、第１の金属電極は、第１の部材の表面にそれぞれ形成される配線電極である。第１の部材は、レーザを透過し、第１の金属電極は、レーザを吸収する。レーザは、第１の部材を透過して、第１の金属電極に照射される。第１および第２の金属電極の組は、第１および第２の部材において複数組設けられる。第１および第２の部材において、各組の対応する第１および第２の金属電極は、互いに近接又は接触した状態で接合されるようにパターン位置が形成される。複数組の各々において、対応する第１および第２の金属電極のパターン位置が略一致した状態でレーザが照射される。

ここで、「第１の部材は、レーザを透過」とは第１の部材は、レーザを透過させ、その際の吸収がわずかであるため吸収によって生じる熱変形は生じさせない程度の透過を意味するものとする。

また、「第１の金属電極はレーザを吸収」とは第１の金属電極は、第１の部材を透過したレーザを吸収して第１の第２の金属電極が接合される程度に温度が上昇するような吸収を意味するものとする。

また、「略一致」とは隣り合う複数の金属電極にずれたり、跨ったりすることなく、それぞれ対応する金属電極同士が電気的に接続されるように位置合わせされることを意味するものとする。

本発明に係るさらに別の接合方法は、電気的な経路を形成するために被接合体として第１の部材の有する第１の金属電極と、第２の部材の有する、第１の金属電極の融点と同じもしくは融点の高い第２の金属電極とを接合する接合方法であって、第１の金属電極と第２の金属電極とは接触した状態で、第１の金属電極に対してレーザを照射する。加圧手段により第１の部材の第１の金属電極および第２の部材の第２の金属電極に加圧して密着させ、レーザ照射により第１の金属電極の温度が融点に近づくまで第１の金属電極の金属原子を加熱して、第２の金属電極との金属電極相互の原子拡散現象により接合する。

好ましくは、第１の金属電極の表面には、表面被膜として酸化膜が形成されており、レーザ照射によって、第１の金属電極は融点に近づく温度であり、かつ、少なくとも一部の酸化膜はレーザ照射されている時間内に第１の金属電極内部まで拡散される温度となるように制御され、この結果、第１の金属電極の金属原子と、第２の金属電極の金属原子との原子拡散現象により接合する。

好ましくは、第１の金属電極は、第１の部材の表面にそれぞれ形成される配線電極であり、第１の部材は、レーザを透過し、第１の金属電極は、レーザを吸収し、レーザは、第１の部材を透過して、第１の金属電極に照射され、第１および第２の金属電極の組は、第１および第２の部材において複数組設けられ、第１および第２の部材において、各組の対応する第１および第２の金属電極は、互いに近接又は接触した状態で接合されるようにパターン位置が形成され、複数組の各々において、対応する第１および第２の金属電極のパターン位置が略一致した状態でレーザが照射される。

好ましくは、レーザが照射された第１の金属電極もしくは第２の金属電極のいずれか一方よりも低い温度での不活性ガスを流入させて少なくとも一方の金属電極を冷却することにより温度制御を実行する。

好ましくは、第１の部材は、ガラス基板に相当し、第２の部材は、集積回路あるいはＩＣパッケージ製品に相当する。

好ましくは、第２の金属電極の融点は、第１の金属電極の融点よりも高く、ガラス基板上に集積回路あるいはＩＣパッケージ製品が互いの金属電極同士の位置を合わせて置かれ、レーザ照射時には保持されない。

特に、ガラス基板越しにレーザ照射を実行する。
好ましくは、レーザを第１の金属電極越しに第２の金属電極に収束して、第２の金属電極を溶融する。

本発明に係る接合方法は、レーザを照射して、金属電極相互の原子拡散現象により金属電極を接合する。したがって、ＡＣＦ等の薄膜の接合材料を用いて金属電極の接合をすることなく、高速かつ高精細な実装を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従う液晶表示装置を説明する概略ブロック図である。
図１を参照して、本発明の実施の形態に従う液晶表示装置は、液晶表示パネル（以下、ＬＣＤとも称する）１と、ＬＣＤ１の周辺に配設された周辺回路との接続配線が設けられたインターフェイス部４と、ＬＣＤ上に実装された液晶材料を駆動するためのプリント回路基板３と、プリント回路基板３とＬＣＤ１との間に設けられ、液晶表示パネルの構成素子を駆動するためのドライバＩＣ５を含むＴＣＰ２と、プリント回路基板３とインターフェイス部４とを電気的に接続するためのフレキシブル基板（以下、ＦＰＣとも称する）６とを備える。

図２は、本発明の実施の形態に従うＴＣＰ２を説明する概念図である。
図２を参照して、本発明の実施の形態に従うＴＣＰ２は、ドライバＩＣ５を含み、ドライバＩＣ５から複数の入力および出力リード導体が設けられた構成となっている。

以下においては、本発明の実施の形態に従う接合装置について、ＬＣＤ１とプリント回路基板３との接続に用いられるドライブＩＣ５を含むＴＣＰ２の接合方式について主に説明する。具体的には、このＴＣＰ２のリード導体とＬＣＤ１との接合方式すなわちＴＣＰ２のバンプ（金属電極）と、ＬＣＤのアレイ配線（金属電極）とをレーザ照射により接合する接合方式について説明する。

図３は、本発明の実施の形態に従う接合装置１００を説明する概念図である。
図３を参照して、本発明の実施の形態に従う接合装置１００は、単色光であるレーザを照射するレーザ部１５と、ＬＣＤであるアレイ基板（ガラス基板）１を支持するための支持台１６と、加圧ヘッド３０と、シリンダ２０と、レーザ部１５と、バックアップガラス５５と、接合装置１００全体を制御する制御部７０と、対象物を真空吸着するための真空吸着部７５と、不活性ガスを供給することが可能な不活性ガス供給部８０とを備える。そして、上下に摺動する加圧ヘッド３０とアレイ基板１との間にＴＣＰ２が挿入される。

レーザ部１５は、所定波長のレーザ光を照射する。
シリンダ２０は、制御部７０の指示に基づいて加圧ヘッド３０を介してＴＣＰ２とアレイ基板１との接合において加圧するためのものであるが、制御部７０の指示に基づいて加圧ヘッドの位置を調整して加圧ヘッドの状態位置を維持可能なように制御するものとする。

なお、加圧ヘッドとしては、平面精度の高い加工品であるいわゆるオプティカルフラットやオプティカルウィンドウを用いることが可能である。

真空吸着部７５は、制御部７０の指示に基づいて加圧ヘッドに設けられた吸引孔から対象物である本例においてはＴＣＰ２を真空チャックする。これにより、ＡＣＦとの接着の際の加圧により生じる可能性のあるアライメントずれを防止し、精度の高いアライメントが可能となる。また、真空チャックにより後述する金属電極同士の接合の際にＴＣＰ２の金属電極の位置を保持することが可能になる。

なお、図３においては、一例として加圧ヘッドを介して一つの吸引孔と真空吸着部７５とが接続されている場合が示されているが、これに限られず複数の吸引孔を用いて真空チャックを行なうことも当然に可能である。

また、後述するが、不活性ガス供給部８０は、窒素ガスあるいは二酸化炭素等の不活性ガスを制御部７０の指示に基づいて加圧ヘッドに設けられた供給孔から対象物に対して吹きつける。

図４は、本発明の実施の形態に従うレーザ照射部１５を説明する概略ブロック図である。

図４を参照して、本発明の実施の形態に従うレーザ照射部１５は、レーザ発信器２００と、ビームエキスパンダ１０５と、ダイクロック１１０と、スリット１１５と、ビームサンプラー１２０，１２１と、レーザミラー１２５と、集光レンズ１３０，１５５と、レーザラインジェネレータ１３５と、アライメントレーザポインタ１４０と、パワーメータ１４５と、ＣＣＤ１５０とを備える。

レーザ発振器２００は、一例として波長λ＝１０６４ｎｍ近傍のレーザ光を出射するＹＡＧレーザ等の固体レーザを用いることができる。レーザ発振器２００から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１０５により所定幅の平行光線へと偏向される。そして、ダイクロック１１０を通過した後、スリット１１５によりスリット幅の光線に絞られる。スリット１１５通過後、サンプラー１２０により一部の光線が反射されてパワーメータ１４５に入射される。パワーメータ１４５は、入射された光線の受光強度を検出して、レーザ発振器２００から所望の光強度のレーザ光が出射されているかどうかを判断し、図示しないがレーザ発振器２００等を制御する制御部７０を介してレーザ発振器２００の出力を調整する。スリット１１５を通過したレーザ光は、レーザミラー１２５により反射されて集光レンズ１３０に入射される。集光レンズ１３０は、入射されたレーザ光を予め設計された焦点位置に集光する。

アライメントレーザポインタ１４０は、アライメント調整のためのレーザ光を発振するレーザ発振器であり、たとえば可視光である波長が選択される。たとえば、本例においては、６９０ｎｍのレーザが用いられる。このアライメントレーザポインタ１４０から出射されたレーザ光は、レーザラインジェネレータ１３５により整形されてダイクロック１１０を介してレーザ発振器２００から出射されたレーザ光と同様に対象物に照射される。このレーザ光は、アライメント調整すなわち位置合わせのためのレーザであり、このレーザ光を用いて位置決め制御が行なわれる。

また、一方、レーザ光を対象物に照射した場合の反射光は、集光レンズ１３０、レーザミラー１２５、サンプラー１２０、ダイクロック１１０と反射されて、サンプラー１２１においてさらに反射されて、集光レンズ１５５によりＣＣＤに集光される。すなわち、ＣＣＣＤは、反射光によりレーザ光を照射している対象物を画像処理によりモニタすることが可能となる。

なお、上記のレーザ照射部１５においては、レーザの反射用素子としてレーザミラー１２５を用いた場合を説明したが、これに限られず、たとえば、レーザミラー１２５の代わりにレーザの反射角度の微調整が可能ないわゆるガルバノミラーあるいはポリゴンミラー等を用いることも当然に可能である。

図５は、本発明の実施の形態に従うレーザ照射部１５＃を説明する概略ブロック図である。

図５を参照して、ここでは、ガルバノミラーを用いたレーザ照射部１５＃が示されている。具体的には、レーザ照射部１５＃は、レーザ発振器１００と、ガルバノミラー９１，９２と、ガルバノミラー９１，９２を矢印方向へ旋回させるガルバノメータスキャナ９３，９４と、ガルバノミラー９１から到来するレーザ光を収束して、対象物に所定のスポット径をもって照射するｆθレンズとを含む。ガルバノミラー９１は、ガルバノメータスキャナ９３の旋回に応答してガルバノミラー９２から到来するレーザ光をＸ方向へ指向させる。ガルバノミラー９２は、ガルバノメータスキャナ９４の旋回に応答してレーザ発振器１００から到来するレーザ光をＹ方向へ指向させる。なお、ここでは、図４で説明したアライメントレーザポインタ１４０、パワーメータ１４５、ＣＣＤ１５０の構成については、図示していないが、図４と同様にレーザ光の光路にダイクロックあるいはサンプラーを配置することにより同様の構成とすることも当然に可能である。

図６は、本発明の実施の形態に従う接合装置によるアレイ基板（ガラス基板）とＴＣＰの接合を説明する図である。

図６に示されるように、レーザ発振器１００からの照射により、レーザミラー１２５により反射されてバックアップガラス５５を介してアレイ基板（ガラス基板）１を透過し、直接レーザがピンポイントで照射されることになる。このレーザ照射部１５は、いわゆるレーザマーカであり、レーザ照射としては、試料載置テーブルである支持台１６上に位置決めされた所定の位置に任意の軌跡を描いてレーザ光を照射することが可能である。

一般的に、通常のレーザマーカはＣＡＤデータを用いて所定の位置に照射することができる。そのため、たとえばＬＣＤのＣＡＤデータをそのまま用いて照射箇所の位置決め制御を行なうことができる。レーザ光の照射軌跡としては、十分に対象物を加熱するようにエネルギーを局部的に集中できるものが望ましい。なお、レーザ光の照射光量および／または照射軌跡を適宜に制御することにより対象物へエネルギー供給量を適切に調整することが可能であり、たとえば、いわゆるワブリング方式あるいは塗りつぶし方式を採用することも可能である。ワブリング方式による照射軌跡は照射スポットの中心を旋回させながら進めていくものである。一方、塗りつぶし方式とは多数の平行線により照射予定領域を埋め尽くすものである。当該技術については、一般的なものであるため本願明細書においてはその詳細な説明は省略する。

また、レーザ発振器１００において、いわゆるＱスイッチ２１０を用いることにより、Ｑ値の非常に高いパルスビームを発振することが可能となる。すなわち、高エネルギー密度のレーザを照射することにより短時間での対象物を加熱することが可能となる。なお、本例においては、一例としてパルスビームを用いたレーザ照射を実行する場合について説明するがこれに限らずたとえば所定のエネルギー量を連続的に照射し続ける連続波ビーム（ＣＷビーム）を照射することも当然に可能である。

なお、レーザ発振器としては、半導体レーザやＹＡＧレーザあるいはＹＶＯ₄等の結晶体を用いた固体レーザあるいはファイバーレーザを用いて所定のスポット径でかつ所定の操作軌跡で照射することも可能である。なお、波長の選択としては、ガラスのＯＨ基（水酸基）の化学結合の吸収バンドばらつきに対応して選択する必要がある。たとえば、波長が２．７μｍ付近の透過率は、殆ど０に落ち込むことが解っている。また、一般的に４μｍ程度以上〜１０μｍ程度の電磁波の透過率は著しく悪くかえってガラスに対して損傷を与えてしまう。したがって、材質等に基づく吸収バンド等を考慮して適切な波長の選択をすることが可能である。

以下においては、本発明の実施の形態に従うＴＣＰ２のバンプ（金属電極）と、ＬＣＤのアレイ配線（金属電極）との接合方式について説明する。

まず１つめの方式としては、レーザ照射により金属電極の一部を溶融して接合する方式（溶融拡散方式）について説明する。

図７は、本発明の実施の形態に従うＴＣＰ２のバンプ（金属電極）と、ＬＣＤのアレイ配線（金属電極）との接合方式を説明する図である。なお、ここでは、ＴＣＰ２のバンプとＬＣＤのアレイ配線について１組の接合について以下において説明するが、図６に示されるようにＴＣＰ２とＬＣＤ１には、それぞれバンプおよびアレイ配線が複数組設けられており、対応するバンプとアレイ配線とが互いに近接又は接触した状態で接合されるようにパターン位置が形成されているものとする。また、各組において、対応するバンプおよびアレイ配線のパターン位置が略一致した状態でレーザ照射が実行されるものとする。

図７（ａ）を参照して、上側に凸型のＴＣＰ２のバンプ（金属電極）、下側に凸型のアレイ配線（金属電極）が示されている。なお、ここでは、バンプあるいはアレイ配線を形成する金属として金（Ａｕ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）等が用いられるものとする。金（Ａｌ）と、アルミニウム（Ａｌ）の融点は、約９００度、約６６０度であり金（Ａｕ）の方がアルミニウム（Ａｌ）よりも融点が高い。まず１つめの方式としては、レーザ照射により金属電極の一部を溶融して接合する方式（溶融拡散方式）について説明する。

ここでは、ＴＣＰ２のバンプとＬＣＤ１のアレイ配線とが近接あるいは接触した状態で保持される。なお、ここでは、ＴＣＰ２のバンプを形成する金属の方がＬＣＤ１のアレイ配線を形成する金属よりも融点が高いものとする。たとえば、上記に示したようにバンプが金（Ａｕ）で形成され、アレイ配線がアルミニウム（Ａｌ）で形成されているような場合について説明する。

そして、図６で示したようにバックアップガラス５５を介してアレイ基板（ガラス基板）１を透過し、レーザ光をアレイ配線に照射する。その際、アレイ配線（金属電極）が溶融温度を越えるまでレーザ光を照射する。そうすると、レーザ光からのエネルギーによりアレイ配線の金属電極は加熱されてアレイ配線の金属電極の表面付近が溶融し、金属電極同士が近接状態である場合においても表面張力等の影響により上側の金属電極と接触状態となる。そして、接触状態となった場合、互いの金属電極において、各々の金属電極を構成する金属原子が接触状態となった金属電極に移動するいわゆる原子拡散現象が起きる。

この原子拡散現象が生じれば互いの金属原子が混ざり合い合金が形成され、図７（ｂ）に示されるようにＴＣＰ２のバンプとＬＣＤのアレイ配線とが接合される。なお、この方式においては、ＴＣＰ２のバンプ位置とＬＣＤのアレイ配線との位置は保持された状態で金属電極同士の接合が行われる。仮に、シリンダにより押圧した場合には、溶融しているアレイ配線（金属電極）の形状が物理的に著しく変化する可能性があるからである。これにより隣接するアレイ配線と接触してショートするあるいは電気的経路の断線となる可能性もあるため本方式においては、過剰な押圧を印加せずにアレイ配線と近接したＴＣＰ２のバンプ位置を保持することによりアレイ配線の形状を著しく変形させないようにしている。なお、接合後は、レーザ照射を停止してＴＣＰ２のバンプ位置の保持を解除する。また、過剰な押圧にならない場合には、上記ＴＣＰ２のバンプ位置の保持を実行することなく、自重が上記金属電極間に掛かるようにすることも可能である。

なお、バンプ（金属電極）の表面のみを溶融させ、加圧させることなく、あるいはＴＣＰの自重のみ、あるいは保持することなく補助的な圧力のみを加えて、アレイ配線とバンプとが近接または接触した状態においてレーザ光を照射して過熱すれば、金属原子の拡散現象によって互いに結びつき合い、セルフアライメントによって最適に位置決めされて対応する電極同士が接合され、さらに過度の圧力も加えないことから隣接する電極同士のショートも回避することが可能となる。さらに、アレイ基板（ガラス基板）１あるいはＴＣＰ２へのストレスを回避することができるため押圧による基板等の破損についても回避することが可能となる。

また、アレイ配線が溶融することにより表面張力等の影響により上側の金属電極と接触状態となるため複数のアレイ配線および複数のバンプが配列されて接合される場合、アレイ配線間あるいはバンプ間のギャップのばらつきが吸収されて接合させることも可能である。また、過剰な押圧が印加されないため上述したように他の金属電極とショートすることなく複数の金属電極の接合が可能である。なお、複数のアレイ配線および複数のバンプが配列されている場合、アレイ配線間あるいはバンプ間のばらつきを考慮して、その間隔のばらつき程度の距離を押し込む程度の加圧を行なうことも可能である。

なお、アレイ基板（ガラス基板）１を透過するレーザ光は、アレイ基板においてわずかに吸収されるが、熱変形は生じさせない程度透過するものである。一方、アレイ配線は、透過したレーザ光の照射を受けて吸収し、バンプとアレイ配線とが接合される程度に温度が上昇するようになる。なお、接合されるアレイ配線は、アレイ基板１とＴＣＰ２との間で挟まれるので、レーザ光を透過させるアレイ基板越しに照射することで効果的に接合される部分にレーザを照射することができる。また、ＴＣＰ２のバンプ側は、アレイ配線側からエネルギーの供給を受けて接合されるすなわち直接レーザ光により溶融されないので厚みのある金属電極とすることも可能である。さらに、本方式においては、アレイ基板側からの透過したレーザ光がアレイ配線に照射されて、アレイ配線が溶融されバンプと接合する構成であり、例えばＴＣＰ２についてはレーザ光を透過させない遮光性の材質で形成することも可能である。

また、加熱する温度としては、アレイ配線（金属電極）が溶融温度以上ではあるが、バンプ（金属電極）の溶融温度までには達しないようにレーザ光の照射を制御する必要がある。たとえば、上述したようにアレイ配線がアルミニウム（Ａｌ）でバンプが金（Ａｕ）である場合、もし仮に金（Ａｕ）の溶融温度まで加熱するとすればアルミニウム（Ａｌ）で形成されたアレイ配線（金属電極）の形状の変化が著しく、上記したようにたとえば隣接するアレイ配線と接触してショートする可能性もあるためアレイ配線（金属電極）の凸型の形状を維持できる範囲内でレーザ光を照射して加熱することが可能である。

この点で、金属電極の温度を制御するために図３において説明したように不活性ガス供給部８０を用いて、たとえば金（Ａｕ）の溶融温度まで上がりすぎないようにアルミニウム（Ａｌ）で形成された金属電極を冷却するために、一方の金属電極の溶融温度よりも低い不活性ガスを供給孔から接合部分等に吹き付けることにより温度制御を実行することが可能である。以下の方式においても同様である。

上記においては、アレイ配線にレーザ光を照射してバンプと接合される方式について説明したが、アレイ配線は配線電極であるため単純にレーザ光の照射を行い、温度を上昇し続ければ蒸発して消失し、電気的経路の断線となったり、金属電極が熔けて広がることによりショートする恐れがあるが、
一方で、金属電極には、その表面付近に酸化膜が成膜されるため、その酸化膜が金属電極同士の導通を阻害する要因となることが知られている。

図８は、ＴＣＰ２のバンプおよびＬＣＤのアレイ配線の表面に酸化膜が成膜している場合の接合について説明する図である。

図８を参照して、ここでは、上部のＴＣＰ２のバンプ２および対向するＬＣＤのアレイ配線の表面に酸化膜が成膜している場合が示されている。通常、金属電極の表面に形成される酸化膜を除去するためには、削り取る方式あるいは化学反応により除去する方式が用いられるが、本願方式の如く、アレイ配線が溶融温度以上となるまで加熱されるためアレイ配線の表面に成膜している酸化膜は、アレイ配線に内部に溶け込んでいく逆拡散現象が生じることになる。

したがって、酸化膜を除去する特別な方式を用いることなく、簡易かつ高速に金属電極の原子拡散現象により互いに溶着して上述した図７（ｂ）に示される如くバンプとアレイ配線とが結合する。

上記においては、ＴＣＰ２のバンプを形成する金属と、ＬＣＤ１のアレイ配線を形成する金属の材質が異なり、バンプを形成する金属の溶融温度がＬＣＤのアレイ配線を形成する金属の溶融温度よりも高い場合について説明した。

一方、ＴＣＰ２のバンプを形成する金属と、ＬＣＤ１のアレイ配線を形成する金属の材質が同じ場合、すなわち、バンプを形成する金属の溶融温度とＬＣＤのアレイ配線を形成する金属の溶融温度が同じ場合についても上記と同様の方式を採用することが可能であるが、同じ材質の場合、一方の金属電極のみならず両方の金属電極にレーザを照射することも可能である。

図９は、ＴＣＰ２のバンプおよびＬＣＤ１のアレイ配線がともに同じ金属で形成されている場合に両者を接合する方式について説明する図である。

図９に示されるように、例えば、レーザ照射の収束点の位置をバンプ側となるように設定する。図７においては、ＬＣＤ１のアレイ配線を加熱するようにレーザ照射の収束点の位置が設定されていたが、本例においては、アレイ配線越しＴＣＰ２のバンプにレーザが照射されるようにレーザ照射の収束点の位置をバンプ側に設定して、ＴＣＰ２のバンプおよびＬＣＤ１のアレイ配線に対してレーザ光を照射する。具体的には、ＬＣＤ１のアレイ配線越しにＴＣＰ２のバンプに対して溶融温度を越えるまでレーザ光が照射される。

そうすると、レーザ光からのエネルギーによりアレイ配線およびバンプの金属電極は加熱されてアレイ配線およびバンプの金属電極の表面付近が溶融し、接触状態となる。そして、接触状態となった場合、互いの金属電極において、各々の金属電極を構成する金属原子が接触状態となった金属電極に移動するいわゆる原子拡散現象が起きる。この原子拡散現象が生じれば互いの金属原子が混ざり合い合金が形成され接合される。

上記においては、レーザ照射により金属電極の一部を溶融して接合する方式（溶融拡散方式）について説明したが、次に、金属電極の一部を溶融せずに接合する方式（固相拡散方式）について説明する。

図１０は、本発明の実施の形態に従うＴＣＰ２のバンプ（金属電極）と、ＬＣＤのアレイ配線（金属電極）との別の接合方式を説明する図である。

図１０（ａ）を参照して、上側に凸型のＴＣＰ２のバンプ（金属電極）、下側に凸型のアレイ配線（金属電極）が示されており、上述したように互いに酸化膜を介して接触した状態であるものとする。したがって、ＴＣＰ２のバンプとアレイ配線とは酸化膜により導通状態ではないものとする。

本例の方式としては、アレイ配線（金属電極）を照射するとともに、ＴＣＰ２のバンプを押圧する。

まず、図６で示したようにバックアップガラス５５を介してレーザ光をアレイ配線に照射する。その際、アレイ配線（金属電極）が溶融温度を越えない溶融温度付近までレーザ光を照射する。そうすると、レーザ光からのエネルギーによりアレイ配線（金属電極）は加熱されるが、溶融温度まで達しないようにレーザ光が照射されるためアレイ配線の金属電極は溶融しない。一方、上述したように金属電極の表面に付着した酸化膜の一部はアレイ配線が溶融温度付近まで加熱されるに従い、アレイ配線（金属電極）内部に溶け込む逆拡散現象が生じる。また、ＴＣＰ２のバンプが押圧されるためアレイ配線およびバンプの表面に付着した酸化膜の膜厚が薄くなり結果的にバンプとアレイ配線の少なくとも一部の金属同士が直接接触することになる。そうすると、アレイ配線（金属電極）内部のエネルギーの増大した金属原子は、金属同士が直接接触した部分を介してバンプ（金属電極）の金属原子と原子拡散現象を引き起こす。これにより、図１０（ｂ）に示されるように上述したように互いの金属原子が混ざり合い合金が形成されて、バンプとアレイ配線とが接合されることになる。なお、固相拡散方式の場合には、金属電極は溶融して接合される方式ではないためたとえば上述したように隣接するアレイ配線と接触してショートするあるいは電気的経路の断線となる可能性がないため金属電極同士を安全に接合することが可能となる。また、アレイ配線の材質と加熱温度との関係によっては、上記の酸化膜について逆拡散現象が生じない場合も考えられるが、この場合には、ＴＣＰ２のバンプを押圧することによりアレイ配線（金属電極）の表面に付着した酸化膜を機械的に破って金属を露出ささて、上述したように金属同士が直接接触した部分を介して上述した金属原子の原子拡散現象を引き起こすようにすることも可能である。

上述したように、本発明に従う接合方式は、金属電極を所定波長のレーザでレーザ照射することにより原子拡散現象により互いの金属電極の金属原子をピンポイントで反応させて金属電極同士を接合する。したがって、ＡＣＦ等の薄膜材料を用いて金属電極を接合する必要は無く、金属電極同士の接合時間を短縮することができ、高速かつ高精細な実装が可能となる。

本発明の実施の形態においては、必要な時に必要なだけの効率的なレーザ照射により金属電極同士を接合させる方式であるため、実効的な消費電力の面においても十分な効果を期待することができる。

また、レーザ照射を用いることにおいて実装エネルギ−を極めて局所的に与えることができ、単色光線という特徴を使ってへのエネルギ−集中効率と位置精度のよい、精密実装が可能となる。

また、従来の方式においては実装時の吸熱によってＴＣＰやドライバＩＣやアレイ基板（ガラス基板）等が膨張するため予め縮小補正を入れて部品を設計する必要があるが、本発明の実施の形態に従う方式においては、極めて短時間の処理であるため理想的には縮小補正が不要となり、極めて高精度なアライメントを実現することが可能となる。

なお、上記においては、アレイ基板（ガラス基板）とＴＣＰとの実装を実行する接合装置について主に説明したがこれに限られず、他の実装たとえばアレイ基板上にＩＣシリコンチップ（以下、シリコンチップ）を接合するＣＯＧ（Chip On Glass）の実装技術やＴＡＢ／ＣＯＦ等の部品製造技術においても同様に適用可能である。

なお、上記においては、たとえばＴＣＰのバンプとＬＣＤのアレイ配線の金属電極同士をレーザ照射により接合して導通させる場合について主に説明したが、導通させる目的に限らずＴＣＰとＬＣＤとの接着あるいは接合強度を補強する目的でダミーのバンプおよびダミーのアレイ配線を設けて金属電極同士をレーザ照射により接合することによりＴＣＰとＬＣＤとの接着あるいは接合強度を補強することも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従う液晶表示装置を説明する概略ブロック図である。 本発明の実施の形態に従うＴＣＰ２を説明する概念図である。 本発明の実施の形態に従う接合装置１００を説明する概念図である。 本発明の実施の形態に従うレーザ照射部１５を説明する概略ブロック図である。 本発明の実施の形態に従うレーザ照射部１５＃を説明する概略ブロック図である。 本発明の実施の形態に従う接合装置によるアレイ基板（ガラス基板）とＴＣＰの接合を説明する図である。 本発明の実施の形態に従うＴＣＰ２のバンプ（金属電極）と、ＬＣＤのアレイ配線（金属電極）との接合方式を説明する図である。 ＴＣＰ２のバンプおよびＬＣＤのアレイ配線の表面に酸化膜が成膜している場合の接合について説明する図である。 ＴＣＰ２のバンプおよびＬＣＤ１のアレイ配線がともに同じ金属で形成されている場合に両者を接合する方式について説明する図である。 本発明の実施の形態に従うＴＣＰ２のバンプ（金属電極）と、ＬＣＤのアレイ配線（金属電極）との別の接合方式を説明する図である。

符号の説明

１ ＬＣＤ、２ ＴＣＰ、３ プリント回路基板、４ インターフェイス部、５ ドライバＩＣ、６ ＦＰＣ、１５ レーザ照射部、１６ 支持台、２０ シリンダ、３０ 加圧ヘッド、５５ バックアップガラス、７０ 制御部、７５ 真空吸着部、８０ 不活性ガス供給部、１００ 接合装置。

Claims (12)

1. 電気的な経路を形成するために被接合体として第１の部材の有する第１の金属電極と、第２の部材の有する、前記第１の金属電極よりも融点の高い第２の金属電極とを接合する接合方法であって、
   前記第１の金属電極と前記第２の金属電極とは近接または接触した状態で、前記第１の金属電極に対してレーザを照射し、
   前記第１の部材を有する前記第１の金属電極と前記第２の部材の有する前記第２の金属電極とは近接または接触した状態で保持され、
   前記レーザは、前記第１の金属電極の温度が融点以上に達するまで照射されて前記第１の金属電極を溶融して前記第２の金属電極に接し、金属電極相互の原子拡散現象により接合する、接合方法。
2. 電気的な経路を形成するために被接合体として第１の部材の有する第１の金属電極と、第２の部材の有する、前記第１の金属電極と同一の金属である第２の金属電極とを接合する接合方法であって、
   前記第１の金属電極と前記第２の金属電極とは近接または接触した状態で、前記第１および第２の金属電極の近接領域に対してレーザを照射し、
   前記第１の部材を有する前記第１の金属電極と前記第２の部材の有する前記第２の金属電極とは近接または接触した状態で保持され、
   前記レーザは、前記第１および第２の金属電極の温度が融点以上に達するまで照射されて、前記第１および第２の金属電極を溶融して互いに接し、金属電極相互の原子拡散現象により接合する、接合方法。
3. 前記第１の金属電極と前記第２の金属電極との接合後、前記レーザの照射を停止し、
   前記第１の部材の保持を解除する、請求項１または２記載の接合方法。
4. 前記第１の金属電極は、前記第１の部材の表面にそれぞれ形成される配線電極であり、
   前記第１の部材は、前記レーザを透過し、前記第１の金属電極は、前記レーザを吸収し、
   前記レーザは、前記第１の部材を透過して、前記第１の金属電極に照射され、
   前記第１および第２の金属電極の組は、前記第１および第２の部材において複数組設けられ、
   前記第１および第２の部材において、各前記組の対応する第１および第２の金属電極は、互いに近接又は接触した状態で接合されるようにパターン位置が形成され、
   前記複数組の各々において、前記対応する第１および第２の金属電極のパターン位置が略一致した状態で前記レーザが照射される、請求項１または２記載の接合方法。
5. 電気的な経路を形成するために被接合体として第１の部材の有する第１の金属電極と、第２の部材の有する、前記第１の金属電極の融点と同じもしくは融点の高い第２の金属電極とを接合する接合方法であって、
   前記第１の金属電極と前記第２の金属電極とは接触した状態で、前記第１の金属電極に対してレーザを照射し、
   加圧手段により前記第１の部材の第１の金属電極および前記第２の部材の第２の金属電極に加圧して密着させ、
   レーザ照射により前記第１の金属電極の温度が融点に近づくまで前記第１の金属電極の金属原子を加熱して、前記第２の金属電極との金属電極相互の原子拡散現象により接合する、接合方法。
6. 前記第１の金属電極の表面には、表面被膜として酸化膜が形成されており、
   前記レーザ照射によって、前記第１の金属電極は融点に近づく温度であり、かつ、少なくとも一部の前記酸化膜は前記レーザ照射されている時間内に前記第１の金属電極内部まで拡散される温度となるように制御され、この結果、前記第１の金属電極の金属原子と、前記第２の金属電極の金属原子との原子拡散現象により接合する、請求項５記載の接合方法。
7. 前記第１の金属電極は、前記第１の部材の表面にそれぞれ形成される配線電極であり、
   前記第１の部材は、前記レーザを透過し、前記第１の金属電極は、前記レーザを吸収し、
   前記レーザは、前記第１の部材を透過して、前記第１の金属電極に照射され、
   前記第１および第２の金属電極の組は、前記第１および第２の部材において複数組設けられ、
   前記第１および第２の部材において、各前記組の対応する第１および第２の金属電極は、互いに近接又は接触した状態で接合されるようにパターン位置が形成され、
   前記複数組の各々において、前記対応する第１および第２の金属電極のパターン位置が略一致した状態で前記レーザが照射される、請求項５記載の接合方法。
8. 前記レーザが照射された前記第１の金属電極もしくは前記第２の金属電極のいずれか一方よりも低い温度での不活性ガスを流入させて前記少なくとも一方の金属電極を冷却することにより温度制御を実行する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の接合方法。
9. 前記第１の部材は、ガラス基板に相当し、
   前記第２の部材は、集積回路あるいはＩＣパッケージ製品に相当する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の接合方法。
10. 前記第２の金属電極の融点は、前記第１の金属電極の融点よりも高く、ガラス基板上に前記集積回路あるいはＩＣパッケージ製品が互いの金属電極同士の位置を合わせて置かれ、レーザ照射時には保持されない、請求項９記載の接合方法。
11. 前記ガラス基板越しに前記レーザ照射を実行する、請求項９記載の接合方法。
12. 前記レーザを前記第１の金属電極越しに前記第２の金属電極に収束して、前記第２の金属電極を溶融する、請求項１または２記載の接合方法。

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