JP2009105320A

JP2009105320A - 電子部品の実装構造体及び電子部品の実装構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2009105320A
Application number: JP2007277759A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Hashimoto; 伸晃橋元
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】バンプ電極と端子との接続信頼性を向上させた電子部品の実装構造及び電子部品の実装構造体の製造方法を提供すること。
【解決手段】バンプ電極２１が、樹脂コア２２と、樹脂コア２２の表面に設けられた導電膜２３とを有すると共に、樹脂コア２２の弾性変形により導電膜２３と端子１７とが導電接触し、バンプ電極２１の周囲に、端子１７と導電膜２３との導電接触状態を保持する接着層３１が配置され、接着層３１は、所定温度までの加熱により貯蔵弾性率が樹脂コア２２と比較して小さくなると共に貯蔵弾性率の減少量が樹脂コア２２と比較して大きくなる樹脂材料を液状化した後に硬化することで形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば半導体チップなどの電子部品の実装構造体及び電子部品の実装構造体の製造方法に関するものである。

従来、各種の電子機器に搭載される回路基板や液晶装置などでは、半導体ＩＣなどの電子部品を基板上に実装する技術が用いられている。例えば液晶装置には、液晶パネルを駆動するための液晶駆動用ＩＣチップが実装される。この液晶駆動用ＩＣチップは、液晶パネルを構成するガラス基板に直接実装される場合や、液晶パネルに実装されるフレキシブル基板（ＦＰＣ）上に実装される場合がある。前者による実装構造はＣＯＧ（Chip On Glass）構造と呼ばれ、後者はＣＯＦ(Chip On FPC)構造と呼ばれている。なお、これら実装構造以外にも、例えばガラス・エポキシ基板などに電子部品を実装するＣＯＢ（Chip On board）構造も知られている。

このような実装構造に用いられる基板には、配線パターンに接続するランド（端子）が形成されており、一方、電子部品には、電気的接続を得るためのバンプ電極が形成されている（例えば、特許文献１参照）。そして、ランドにバンプ電極を接続させた状態で、基板上に電子部品を実装することにより、電子部品の実装構造体が形成されている。
特開２００２−１４６２５号公報

しかしながら、上記従来の電子部品の実装構造体においても、バンプ電極と端子との接続信頼性を向上させることが望まれている。
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、バンプ電極と端子との接続信頼性を向上させた電子部品の実装構造及び電子部品の実装構造体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる電子部品の実装構造体は、バンプ電極が設けられた電子部品を、端子が形成された基板上に実装する電子部品の実装構造体であって、前記バンプ電極が、樹脂材料で形成されたコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有すると共に、前記コア部の弾性変形により前記導電膜と前記端子とが導電接触し、前記バンプ電極の周囲に、前記端子と前記導電膜との導電接触状態を保持する保持部材が設けられ、該保持部材は、所定温度までの加熱によって貯蔵弾性率が前記コア部と比較して小さくなると共に貯蔵弾性率の減少量が前記コア部と比較して大きくなる樹脂材料を、液状化した後に硬化することで形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる電子部品の実装構造体の製造方法は、バンプ電極が設けられた電子部品を、端子が形成された基板上に実装する電子部品の実装構造体の製造方法であって、前記バンプ電極が、前記バンプ電極が、樹脂材料で形成されたコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有し、前記端子上に樹脂材料で形成された保持部材を配置する工程と、該保持部材を所定温度まで加熱し、該保持部材の貯蔵弾性率を前記コア部と比較して小さくすると共に前記保持部材の貯蔵弾性率の減少量を前記コア部と比較して大きくすることで、前記保持部材を液状化する工程と、前記バンプ電極を前記端子に対して相対的に押圧する工程と、前記液状化した保持部材を硬化し、前記端子と前記導電膜との導電接触状態を保持する工程とを備えることを特徴とする。

この発明では、バンプ電極を端子に対して相対的に押圧したとき、液状化した保持部材がバンプ電極により押し出されるため、導電膜と端子とをより確実に導電接触させることができる。すなわち、保持部材を所定温度まで加熱すると、貯蔵弾性率がコア部と比較して小さくなると共に貯蔵弾性率の減少量がコア部と比較して大きくなり、保持部材が液状化する。そして、液状化した保持部材をバンプ電極と端子との間に配置してバンプ電極を端子に対して相対的に押圧すると、コア部の貯蔵弾性率が保持部材の貯蔵弾性率よりも大きいため、保持部材においてバンプ電極と当接した領域がバンプ電極によりバンプ電極の周囲に押し出される。また、バンプ電極を端子に対して相対的に押圧すると、コア部が導電膜と共に端子の表面形状に倣って弾性変形する。このとき、バンプ電極の押圧によって保持部材がバンプ電極の周囲に押し出されるため、導電膜と端子との間に保持部材が存在しにくくなる。このため、導電膜と端子との接触面積が十分に確保される。これにより、バンプ電極と端子との接続信頼性が向上する。また、液状化した保持部材を硬化することにより、導電膜と端子との導電接触状態が保持される。
また、コア部が弾性変形するため、保持部材を硬化して冷却したときに保持部材で体積収縮が発生しても、バンプ電極が体積収縮により発生する応力を吸収する。これにより、バンプ電極及び保持部材が基板から剥離することが抑制され、導電膜と端子との導電接触状態が良好に維持される。

また、本発明の電子部品の実装構造体は、前記保持部材が、前記所定温度よりも高い温度まで加熱することで貯蔵弾性率が増大する樹脂材料で形成されていることとしてもよい。
また、本発明の電子部品の実装構造体の製造方法は、前記液状化した保持部材を、前記所定温度よりも高い温度まで加熱することによって硬化することとしてもよい。
この発明では、溶融状態の保持部材をさらに高い温度で加熱することで硬化させることで、導電膜と端子との導電接触状態を保持する。

また、本発明の電子部品の実装構造体は、前記コア部が、硬化された樹脂材料で形成されていることが好ましい。
この発明では、硬化された樹脂材料でコア部を形成することで、保持部材と共にコア部を加熱してもコア部の貯蔵弾性率が急激に減少しないため、バンプ電極を端子に対して相対的に押圧した際、液状化した保持部材をバンプ電極の周囲に押し出すことができる。

また、本発明の電子部品は、前記保持部材が、前記電子部品と前記基板との間に充填されていることが好ましい。
この発明では、電子部品と基板との間に保持部材を充填することで、導電膜と端子との導電接続状態をより確実に保持できる。

以下、本発明における電子部品の実装構造体及び電子部品の実装構造体の製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。ここで、図１は本実施形態における駆動回路の実装構造体が適用される液晶装置を示す外観斜視図、図２（ａ）は駆動回路の実装構造体を示す斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図３（ａ）は実装前におけるバンプ電極を示す斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、図４は樹脂フィルムからなる接着層及び樹脂コアそれぞれの貯蔵弾性率の温度変化を示しグラフ、図５は駆動回路の実装構造体の製造方法を示す工程図である。

〔液晶装置〕
本実施形態における電子部品の実装構造体は、例えば液晶装置に適用される。この液晶装置１は、図１に示すように、素子基板１１と、素子基板１１と対向配置された対向基板１２と、素子基板１１及び対向基板１２の間に挟持された液晶層１３とを備えている。また、液晶装置１は、素子基板１１及び対向基板１２が対向する対向領域の外周部に設けられた枠状のシール材（図示略）によって素子基板１１と対向基板１２とを貼り合わせている。そして、液晶装置１におけるシール材の内側に、画像表示領域が形成されている。
また、液晶装置１は、素子基板１１における外面側（液晶層１３から離間する側）と対向基板１２の外面側とのそれぞれに設けられた偏光板や、バックライト（図示略）などを備えている。さらに、液晶装置１は、素子基板１１において対向基板１２から張り出す張出部１１Ａに設けられたＩＣチップなどの半導体装置である駆動回路（電子部品）１５を備えている。

素子基板１１は、ガラス基板を基体としており、このガラス基板上に種々の金属膜や絶縁膜、半導体層、不純物層などが形成されている。そして、素子基板１１には、ガラス基板上に形成された画素電極、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）及び蓄積コンデンサなどを含む画素部分と、画素に電気信号などを供給する配線部分とが形成されている。さらに、素子基板１１の内側の面（液晶層１３側の面）には、液晶層１３を構成する液晶分子の初期配向状態を規制する配向膜が形成されている。
また、素子基板１１の張出部１１Ａには、素子基板１１に形成されたＴＦＴ素子などと導通する引廻配線１６が形成されている。そして、引廻配線１６の端部には、図２に示すように、端子１７が形成されている。

対向基板１２は、図１に示すように、素子基板１１と同様に、平面視でほぼ円形状であってガラス基板を基体としており、このガラス基板上にブラックマトリックスやカラーフィルタ層、保護膜及び電極などが形成されている。また、対向基板１２の内側の面には、配向膜が形成されている。

〔電子部品の実装構造体〕
次に、駆動回路１５の実装構造について、詳細に説明する。駆動回路１５は、図２に示すように、一面に形成された複数のバンプ電極２１を備えている。バンプ電極２１は、図２（ａ）に示すように、樹脂コア（コア部）２２と、樹脂コア２２の表面に形成された導電膜２３とを備えている。なお、本実施形態において、複数のバンプ電極２１は、樹脂コア２２を共通させた構成となっている。

樹脂コア２２は、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの感光性絶縁樹脂や熱硬化性絶縁樹脂で形成されている。
また、樹脂コア２２は、図３（ａ）に示すように、駆動回路１５を素子基板１１上に実装する前において、ほぼ蒲鉾状に形成されている。ここで、ほぼ蒲鉾状とは、駆動回路１５に接する内面（底面）が平面であると共に、非接触である外面側が湾曲面となっている柱状形状をいう。具体的に、ほぼ蒲鉾状とは、横断面がほぼ半円状やほぼ半楕円状、ほぼ台形状であるものが挙げられる。
そして、樹脂コア２２は、図２に示すように、駆動回路１５を素子基板１１上に実装した後において、駆動回路１５が素子基板１１に対して相対的に押圧されることで、端子１７の表面形状に倣って弾性変形している。
樹脂コア２２は、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術によりパターニングした後に硬化することによって形成されている。なお、樹脂コア２２の材質（硬度）や形状については、端子１７の形状などによって適宜選択、設計される。

導電膜２３は、図３（ａ）に示すように、帯状に形成されており、一端部が樹脂コア２２の表面の一部を被覆すると共に他端部が駆動回路１５の内部に形成されている回路と導通する電極１５Ａに接続されている。また、導電膜２３は、隣り合う他のバンプ電極２１を構成する導電膜２３と導通しないように樹脂コア２２の延在方向に沿って間隔をあけて形成されている。

また、導電膜２３は、例えばＡｕ（金）、ＴｉＷ（チタン／タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ、Ｗ、ＮｉＶ（ニッケル／バナジウム）、Ａｌ、Ｐｄ（パラジウム）、鉛フリーハンダなどの金属や合金で形成されており、これらの単層であっても、複数種を積層したものであってもよい。
そして、導電膜２３は、駆動回路１５を素子基板１１上に実装した後において、樹脂コア２２が弾性変形することで端子１７の表面形状に倣って変形しており、端子１７と導電接触している。

導電膜２３は、例えばスパッタ法などによる成膜後にパターニングすることによって形成されている。また、導電膜２３は、スパッタ法や無電解メッキによって下地膜を形成した後に電解メッキにより上層膜を積層することによって形成されてもよい。ただし、後述するように、樹脂コア２２が端子１７の形状に倣って弾性変形することから、導電膜２３は、特に展延性に優れたＡｕで形成されていることが望ましい。また、導電膜２３が積層構造を有する場合には、その最外層がＡｕで形成されていることが望ましい。なお、導電膜２３は、樹脂コア２２と同様に、端子１７の形状などによって適宜選択、設計される。

駆動回路１５の一面と素子基板１１との間であってバンプ電極２１の外周には、図２（ｂ）に示すように、バンプ電極２１と端子１７との導電接触状態を保持する接着層（保持部材）３１が設けられている。
接着層３１は、未硬化または半硬化状態であるＢステージ状態を示す樹脂フィルムで形成されており、液状化、硬化することによってバンプ電極２１と端子１７との導通状態を保持している。ここで、Ｂステージを示す樹脂フィルムは、例えばエポキシ樹脂組成物により形成されている。そして、Ｂステージを示す樹脂フィルムとしては、例えばエポキシ樹脂などで形成されたＮＣＦ（Non Conductive Film）などが挙げられる。この樹脂フィルムは、図４に示すように、室温において半硬化状態を示しており、所定の加熱温度Ｔ１まで加熱するとその貯蔵弾性率が急激に低下して液状化する。そして、樹脂フィルムは、温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２まで加熱するとエポキシ樹脂が徐々に架橋反応するため、貯蔵弾性率が高くなって硬化する。これら一連のメカニズムの詳細は、例えば、島田靖ら、“半導体パッケージ用低弾性ダイボンドフィルム”、日立化成テクニカルレポート、Ｎｏ．３３、ｐ１７、（１９９９−７）に詳しく解説されている。なお、樹脂コア２２は、既に硬化した樹脂材料により形成されているため、樹脂フィルムと比較して貯蔵弾性率が変化しにくい。したがって、樹脂フィルムは、温度Ｔ１までの加熱によって貯蔵弾性率が樹脂コア２２よりも小さくなると共に貯蔵弾性率の減少量が樹脂コア２２よりも大きくなる。

〔電子部品の実装構造体の製造方法〕
次に、駆動回路１５の実装構造体の製造方法について、図５を参照しながら説明する。
まず、端子１７が形成された張出部１１Ａ上であって駆動回路１５の実装領域上に、端子１７を覆うようにＢステージ状態の樹脂フィルムからなる接着層３１を配置する（図５（ａ））。
そして、接着層３１を図４に示す温度Ｔ１まで加熱する。これにより、接着層３１は、貯蔵弾性率が急激に低下して液状化する。なお、樹脂コア２２は、樹脂材料を硬化することによって形成されているため、貯蔵弾性率が接着層３１と比較して減少しない。これにより、樹脂コア２２は、温度Ｔ１まで加熱しても硬化した状態を維持する。したがって、接着層３１の貯蔵弾性率は、樹脂コア２２の貯蔵弾性率よりも十分に小さくなる。このとき、液状化した接着層３１の貯蔵弾性率は、例えば１ＭＰａ程度となっている。

続いて、駆動回路１５に形成されたバンプ電極２１を端子１７に向けて近づけて当接させる（図５（ｂ））。このとき、液状化した接着層３１は、図５（ｂ）に示す矢印Ａ１のように、バンプ電極２１により樹脂コア２２の側面方向に向けて容易に押し出される。
そして、バンプ電極２１を端子１７に向けて押圧する（図５（ｃ））。ここで、樹脂コア２２は、押圧によって端子１７の表面形状に倣って弾性変形すると共に、側面方向に膨出変形する。また、導電膜２３は、樹脂コア２２の弾性変形に伴って端子１７の表面形状に倣って変形する。このとき、接着層３１は、樹脂コア２２が側面方向に膨出変形するため、図５（ｃ）に示す矢印Ａ２のように、上述と同様に樹脂コア２２の側面方向に向けて押し出される。このように、液状化した接着層３１が押し出されることで、導電膜２３と端子１７との間に接着層３１が残存しにくくなる。これにより、導電膜２３と端子１７との接触面積が十分に確保される。また、接着層３１は、駆動回路１５と素子基板１１との間を充填する。

次に、液状化した接着層３１を図４に示す温度Ｔ２まで加熱する。これにより、接着層３１は、エポキシ樹脂が架橋するため、貯蔵弾性率が高くなって硬化する。そして、接着層３１は、導電膜２３と端子１７との導電接触状態を保持する。
以上のようにして、駆動回路１５を素子基板１１上に実装し、図２に示すような実装構造体を製造する。

以上のように、本実施形態における駆動回路１５の実装構造及び駆動回路１５の実装構造の製造方法によれば、バンプ電極２１の押圧時に液状化した接着層３１がバンプ電極２１により押し出されるため、導電膜２３と端子１７とをより確実に導電接触させることができる。また、接着層３１の冷却時に体積収縮による応力が発生しても、樹脂コア２２が弾性変形することでこの応力を吸収するため、バンプ電極２１及び接着層３１が素子基板１１から剥離することが抑制される。これにより、バンプ電極２１と端子１７との接続信頼性が向上する。
また、接着層３１が駆動回路１５と素子基板１１との間に充填されていることにより、バンプ電極２１と端子１７との接続信頼性がさらに向上する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、接着層は、駆動回路の実装時において素子基板上に配置されているが、駆動回路の下面に配置されていてもよい。
また、接着層は、樹脂フィルムで形成されているが、フィルム状の樹脂材料に限らず、例えばＮＣＡ（Non Conductive Paste）などのペースト状の樹脂材料であってもよい。このとき、ペースト状の樹脂材料を接着層として用いる場合、接着層は、素子基板上に配置されてもよく、駆動回路の下面に配置されてもよい。
そして、液状化した樹脂フィルムは、さらに高い温度まで加熱することによって硬化されているが、例えば紫外線などのエネルギー光を照射することによって硬化されてもよい。

また、バンプ電極は、複数の導電膜が共通する樹脂コア上に形成された構成となっているが、導電膜ごとに別個の樹脂コアを設けた構成としてもよい。
そして、電子部品の実装構造体は、液晶装置に限らず、電子部品が実装された他の電子機器に適用してもよい。

実装構造体が適用される液晶装置を示す外観斜視図である。一実施形態における駆動回路の実装構造体を示す斜視図及び断面図である。バンプ電極を示す斜視図及び断面図である。樹脂フィルム及び樹脂コアの貯蔵弾性率の温度変化を示すグラフである。実装構造体の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１１素子基板（基板）、１５駆動回路（電子部品）、１７端子、２１バンプ電極、２２樹脂コア（コア部）、２３導電膜、３１接着層（保持部材）

Claims

バンプ電極が設けられた電子部品を、端子が形成された基板上に実装する電子部品の実装構造体であって、
前記バンプ電極が、樹脂材料で形成されたコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有すると共に、前記コア部の弾性変形により前記導電膜と前記端子とが導電接触し、
前記バンプ電極の周囲に、前記端子と前記導電膜との導電接触状態を保持する保持部材が設けられ、
該保持部材は、所定温度までの加熱によって貯蔵弾性率が前記コア部と比較して小さくなると共に貯蔵弾性率の減少量が前記コア部と比較して大きくなる樹脂材料を、液状化した後に硬化することで形成されていることを特徴とする電子部品の実装構造体。
前記保持部材が、前記所定温度よりも高い温度まで加熱することで貯蔵弾性率が増大する樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造体。
前記コア部が、硬化された樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の実装構造体。
前記保持部材が、前記電子部品と前記基板との間に充填されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子部品の実装構造体。
バンプ電極が設けられた電子部品を、端子が形成された基板上に実装する電子部品の実装構造体の製造方法であって、
前記バンプ電極が、前記バンプ電極が、樹脂材料で形成されたコア部と、該コア部の表面に設けられた導電膜とを有し、
前記端子上に樹脂材料で形成された保持部材を配置する工程と、
該保持部材を所定温度まで加熱し、該保持部材の貯蔵弾性率を前記コア部と比較して小さくすると共に前記保持部材の貯蔵弾性率の減少量を前記コア部と比較して大きくすることで、前記保持部材を液状化する工程と、
前記バンプ電極を前記端子に対して相対的に押圧する工程と、
前記液状化した保持部材を硬化し、前記端子と前記導電膜との導電接触状態を保持する工程とを備えることを特徴とする電子部品の実装構造体の製造方法。
前記液状化した保持部材を、前記所定温度よりも高い温度まで加熱することによって硬化することを特徴とする請求項５に記載の電子部品の実装構造体の製造方法。