JP2010212325A - 配線基板の接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端子間の短絡を防ぎ、信頼性の高い接続を実現する配線基板の接続方法を提供する。
【解決手段】基板の面上に複数並ぶ接続端子１０２を有する素子基板１０と、基板の面上に複数並ぶ配線端子２０２を有するＦＰＣ基板２００とを互いに対向させ、接続端子１０２と配線端子２０２とをＡＣＦ２１０を介して接続する配線基板の接続方法であって、素子基板１０は、導電性を有する基板本体を形成材料とすると共に、接続端子１０２の周縁に基板本体が露出する端部１０ｅを有し、ＡＣＦ２１０は、絶縁性の硬化性樹脂と該硬化性樹脂中に分散する導電性粒子とを有し、素子基板１０とＦＰＣ基板２００とが平面的に重なる領域であって、ＡＣＦ２１０と端部１０ｅとの間に、導電性を有さない接着剤２２０を配置し、素子基板１０とＦＰＣ基板２００とを加熱圧着する。
【選択図】図４

Description

本発明は、配線基板の接続方法に関するものである。

電子機器の実装工程においては、回路構成を備えた基板等、互いに導電接続される必要がある基板が種々存在する。例えば、液晶装置、有機ＥＬ装置等の電気光学装置を構成する基板上の端子群と、駆動回路であるＩＣチップの端子群と、を導電接続する場合や、電気光学装置の基板上の端子群と可撓性プリント回路（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）基板上の端子群とを導電接続する場合等が考えられる。

これらの導電接続には、例えば、ＦＰＣ上に配置された導電性粒子を介して、基板の端子部分と圧着する方法が取られている（例えば、特許文献１参照）。あるいは、基板同士を導電接続するための接続材である異方性導電膜（Anisotropic Conductive Film：ＡＣＦ）を介して、基板の端子部分と圧着する方法が取られている（例えば、特許文献２参照）。

ＡＣＦは、接着力を有する硬化性樹脂に導電性粒子を分散させフィルム状に形成した接続材である。図６に示すように、導電接続の際には、基板５００，６００が有する端子５０２，６０２の間にＡＣＦ７００を挿入して加熱圧着することで、基板間がＡＣＦ内の樹脂によって接着され、また、端子同士がＡＣＦ内の導電性粒子によって電気的に接続される。ＡＣＦを用いると、基板間の接着と端子間の導電接続とを同時に行うことができるため、製造工程においては良好に用いられている。

特開２０００−６６２４１号公報 特開平１０−１１１４８３号公報

ところで、ＡＣＦを用いて導電接続を行う場合には、基板間を強固に接着するために、導通を確保するために必要な量よりも多くのＡＣＦを用いることが多い。基板の端子は、基板の周縁や端部に設けられることが多いが、そのような場合、余剰分のＡＣＦは基板の周縁からはみ出す。

しかし、図７（ａ）に示すように、接続する配線基板として、シリコン基板のように導電性を有する基板本体を用いたものでは、はみ出したＡＣＦ７００に含まれる導電性粒子７０１が基板に接して導通し、基板を介して端子５０２，６０２の間で短絡するおそれが生じる（図中両矢印で示す部分）。

一方で、図７（ｂ）に示すように、ＡＣＦ７００の使用量を減らし基板端部からの流出を無くすと、上述の短絡は抑制することができるが、基板間の接着を担う硬化性樹脂７０２が不足し剥離強度が低下する。すると、導通部分が剥離しやすくなり信頼性が低下するおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、端子間の短絡を防ぎ、信頼性の高い接続を実現する配線基板の接続方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の配線基板の接続方法は、基板の面上に複数並ぶ第１の電極端子を有する第１の配線基板と、基板の面上に複数並ぶ第２の電極端子を有する第２の配線基板とを互いに対向させ、前記第１の電極端子と前記第２の電極端子とを異方性導電材を介して接続する配線基板の接続方法であって、前記第１の配線基板は、導電性を有する基板本体を形成材料とすると共に、前記第１の電極端子の周縁に前記基板本体が露出する露出領域を有し、前記異方性導電材は、絶縁性の硬化性樹脂と該硬化性樹脂中に分散する導電性粒子とを有し、前記第１の配線基板と前記第２の配線基板とが平面的に重なる領域であって、前記異方性導電材と前記露出領域との間に、導電性を有さない接着剤を配置し、前記第１の配線基板と前記第２の配線基板とを加熱圧着することを特徴とする。

この構成によれば、異方性導電材の使用量を減らしたとしても、接着剤と異方性導電材の樹脂成分とが協働して配線基板間の接着を行うため、基板間の剥離を防止することができる。また、加熱時に異方性導電材の樹脂材料が塗れ広がるとしても、導電性のない接着剤が異方性導電材をせき止めるために、露出領域に異方性導電材が接することなく、基板本体を介した端子間の短絡を防ぐことができる。したがって、短絡を防ぎ信頼性の高い接続を実現することができる。

本発明においては、前記接着剤は、前記異方性導電材が有する前記硬化性樹脂よりも、硬化速度が速い硬化性樹脂であることが望ましい。
この構成によれば、接着の際に異方性導電材の樹脂成分よりも早く硬化して異方性導電材をせき止めることができるため、より確実に短絡を防止することが可能となる。

本発明においては、前記第１の配線基板は、該第１の配線基板が複数設けられた母基板を分断して形成され、前記接着剤は、前記異方性導電材の配置位置よりも前記第１の配線基板の周縁側に配置されることが望ましい。
所謂多面取りで設けられた第１の配線基板の端部では、切断面に基板本体が露出している。このような配線基板を用いる場合には、接着剤を異方性導電材よりも周縁側に配置することで切断面における導通を防ぎ、良好に短絡を防止することができる。

本発明においては、前記平面的に重なる領域であって、前記異方性導電材と前記露出領域との間に、帯状に連続する前記接着剤を配置することが望ましい。
この構成によれば、帯状に配置された接着剤が異方性導電材に対して土手の役割を果たし、異方性導電材の流出を好適に防ぐことが出来るため、短絡をより確実に防止することができる。

本発明においては、前記帯状の接着剤が、前記異方性導電材と前記平面的に重なる領域の周縁部との間において、前記異方性導電材の周囲を囲んで配置されることが望ましい。
この構成によれば、異方性導電材の流出をより確実に防ぐことができる。

本発明においては、前記帯状の接着剤が環状に閉じ、前記異方性導電材が、前記接着剤により形成される環の内側に配置されることが望ましい。
この構成によれば、接着剤に囲まれた領域に異方性導電材を封じ込めることができるため、確実に短絡を防止することができる。

本発明が適用される液晶装置に係る説明図である。 本発明が適用される液晶装置に係る説明図である。 本発明に係る液晶装置とＦＰＣとの接続部分を示す分解斜視図である。 本発明に係る液晶装置とＦＰＣとの導電接続を形成する工程図である。 本発明の接着剤の配置に係る変形例を示す説明図である。 従来例を示す説明図である。 従来例を示す説明図である。

［第１実施形態］
以下、図１〜図５を参照しながら、本実施形態に係る配線基板の接続方法について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

ここでは、まず図１，２を用いて、本発明が適用される液晶装置について説明した後に、図３から５を用いて発明部分について説明を行う。

図１に示す液晶装置１００は、反射型のアクティブマトリクス型液晶装置であり、シリコン基板を基材とするＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）と呼ばれる液晶装置である。図１（ａ）は、液晶装置を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の線分Ｈ−Ｈ’における矢視断面図を示す。

液晶装置１００は、図に示すように、素子基板（第１の配線基板）１０と、素子基板１０に対向配置された対向基板２０と、素子基板１０及び対向基板２０に挟持された液晶層５０とを備えている。また、液晶装置１００は、素子基板１０及び対向基板２０をシール材５２によって貼り合わせており、液晶層５０をシール材５２で区画された領域内に封止している。また、シール材５２の内周に沿って周辺見切り５３が形成されており、周辺見切り５３に囲まれた平面視（対向基板２０側から素子基板１０を見た状態）で矩形状の領域を画像表示領域１０ａとしている。

更に、液晶装置１００は、シール材５２の外側領域に設けられたデータ線駆動回路１０１及び走査線駆動回路１０４と、データ線駆動回路１０１及び走査線駆動回路１０４と導通する接続端子（第１の電極端子）１０２と、走査線駆動回路１０４同士を接続する配線１０５とを備えている。

図２は、本実施形態に係る液晶装置の画素部分の説明図であり、図２（ａ）は、素子基板１０を液晶層側から見た平面配線構造を示す説明図、図２（ｂ）は図２（ａ）の線分Ｘ−Ｘ線における矢視断面図である。図２（ａ）においては、素子基板１０上の配線のみを示し、各絶縁膜を省略している。

図２（ａ）において、素子基板１０上には、複数のデータ線６ａと複数の走査線３ａとが設けられており、各々の交差箇所に対応して複数の光反射性の画素電極９がマトリクス状に形成されている。画素電極９が配置された箇所は、液晶装置の画素として用いられる。また、隣り合う走査線３ａの間には、走査線３ａと並列して容量線３ｂが形成されている。

図２（ｂ）に示す素子基板１０では、その基材として、単結晶シリコンのようなＰ型の半導体基板（基板本体）１が用いられている。半導体基板１の表面には、半導体基板１より不純物濃度の高いＰ型のウェル領域１ｘが形成されている。ウェル領域１ｘは、複数の画素の各々に形成されている構成を採用できるが、本実施形態では、全ての画素に対して共通のウェル領域として形成されている。なお、図１に示す画素領域１０ｂと平面的に重なるウェル領域と、データ線駆動回路１０１や走査線駆動回路１０４などと平面的に重なる領域のウェル領域とは必要に応じて分離して形成することとしても良い。

半導体基板１の表面には、選択熱酸化により、厚さが５００〜７００ｎｍのＬＯＣＯＳ(Local Oxidation of Silicon)膜からなるフィールド酸化膜１ｇが形成されており、フィールド酸化膜１ｇには一画素につき２つの開口部１ｔ、１ｕが形成されている。

一方の開口部１ｔにはゲート絶縁膜２ａが形成されており、ゲート絶縁膜２ａの上にはポリシリコンあるいはメタルシリサイド等からなる走査線３ａがゲート電極として通っている。ゲート絶縁膜２ａは、熱酸化によって形成された二酸化シリコン膜であり、厚さは４０〜８０ｎｍである。走査線３ａは、ポリシリコン膜により形成する場合には１００〜２００ｎｍの厚さに形成され、高融点金属のシリサイド膜により形成する場合には１００〜３００ｎｍの厚さに形成される。

半導体基板１の表面において、走査線３ａと平面的に重なる領域の両側には、ウェル領域１ｘよりも不純物濃度が高いＮ型ドープ領域からなるソース領域１ｆおよびドレイン領域１ｅが形成され、ＮＰＮ型の電界効果型トランジスタ３０が構成されている。ソース領域１ｆおよびドレイン領域１ｅは、走査線３ａをマスクとしてＮ型不純物をイオン打ち込みすることにより自己整合的に形成されている。

他方の開口部１ｕの基板表面にはＰ型ドープ領域１ｈが形成されているとともに、このＰ型ドープ領域１ｈの表面には、熱酸化によりゲート絶縁膜２ａと同時形成された二酸化シリコン膜からなる誘電体膜２ｂが形成されている。誘電体膜２ｂの上には、ポリシリコンあるいはメタルシリサイド等からなる容量線３ｂが通っており、かかる容量線３ｂは、走査線３ａと同時形成されてなる。このようにして、容量線３ｂ、誘電体膜２ｂおよびＰ型ドープ領域１ｈによって蓄積容量６０が構成されている。

走査線３ａ、容量線３ｂおよびフィールド酸化膜１ｇの上には第１層間絶縁膜７１が形成されており、第１層間絶縁膜７１上には、例えばアルミニウムを主体とする金属膜からなるデータ線６ａおよびドレイン電極６ｂが形成されている。

データ線６ａおよびドレイン電極６ｂは、第１層間絶縁膜７１およびゲート絶縁膜２ａに形成されたビアホール７１ａ、７１ｂを介して、ソース領域１ｆおよびドレイン領域１ｅに電気的に接続されている。また、ドレイン電極６ｂは、第１層間絶縁膜７１およびゲート絶縁膜２ａに形成したビアホール７１ｃを介して蓄積容量６０を構成するＰ型ドープ領域１ｈにも電気的に接続されている。

データ線６ａおよびドレイン電極６ｂの上には第２層間絶縁膜７２が形成されている。第２層間絶縁膜７２は、例えばＬＴＯ（Low Temperature Oxide)からなる二酸化シリコン膜などの絶縁膜を形成後、ＳＯＧ（Spin On Glass）からなる平坦化膜を塗布、エッチバックなどの平坦化処理後、再びＬＴＯ等の絶縁膜を形成することにより構成される。

第２層間絶縁膜７２の上には、第２導電層として、アルミニウムなどの層からなる遮光膜８ａ、および中継電極８ｂが形成されている。中継電極８ｂは、第２層間絶縁膜７２に形成したビアホール７２ａを介してドレイン電極６ｂに電気的に接続されている。遮光膜８ａは、対向基板２０の側から入射した光が電界効果型トランジスタ３０に入射するのを防止する。中継電極８ｂは、ドレイン電極６ｂと重なる領域に島状に形成されている一方、遮光膜８ａは、中継電極８ｂとの間に隙間８ｎを介して中継電極８ｂの周りを囲むように形成されている。

遮光膜８ａおよび中継電極８ｂの上方には、耐湿性絶縁膜としての窒化シリコン膜７３が１００〜５００ｎｍの厚さで形成され、その上にはＬＴＯからなる二酸化シリコン膜７４が形成されている。窒化シリコン膜７３および二酸化シリコン膜７４は各々、減圧ＣＶＤ法などにより形成される。絶縁膜７０の厚さは８００〜１２００ｎｍであり、絶縁膜７０の表面は、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法などにより平坦化されている。なお、耐湿性絶縁膜としては、窒化シリコン膜７３に代えて、酸窒化シリコン膜を用いることもできる。

絶縁膜７０の上には、アルミニウム膜などからなる光反射性の画素電極９が形成されており、絶縁膜７０において、画素電極９と中継電極８ｂとの重なり部分にはビアホール７０ａが形成されている。ビアホール７０ａの内部には、ＣＶＤ法などにより形成された導電膜が接続プラグ４ａとして埋め込まれており、画素電極９は、接続プラグ４ａ、中継電極８ｂ、ドレイン電極６ｂを介して、電界効果型トランジスタ３０のドレイン領域１ｅに電気的に接続されている。

（接続部分）
このような構成の液晶装置１００は、次のようにして外部機器と接続している。図３は、液晶装置１００の接続部分を示す分解斜視図である。

図に示すように、液晶装置１００の接続端子１０２は、素子基板１０の一端側の、素子基板１０と対向基板２０との重なり部分から張り出した部分（基板張出部１０ｘ）に設けられている。

また、通常液晶装置１００の素子基板１０は、表面に複数の配線パターンを形成した母基板から所謂多面取りにて複数切り出すことで設けられる。そのため、基板張出部１０ｘにおける端部（露出領域）１０ｅでは、素子基板１０の基板本体が露出している。図２に示したように、本実施形態において素子基板１０の基板本体は、導電性を有する半導体基板である。

基板張出部１０ｘでは、異方性導電膜（ＡＣＦ）２１０を介して、接続端子１０２と、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）基板（第２の配線基板）２００の配線端子（第２の電極端子）２０２と、が導電接続しており、液晶装置１００は、ＦＰＣ基板２００を介して外部電源や種々の外部機器と接続している。

ＡＣＦ２１０の外側（素子基板１０の周縁側）には、導電性を有さない接着剤２２０が配置されており、ＡＣＦ２１０に含まれる樹脂および接着剤２２０が協働して、素子基板１０とＦＰＣ基板２００とを接着している。

接着の際には、接続端子１０２の配列方向両端に設けられたアライメントマーク１５５に対して、配線端子２０２の配列方向両端に設けられたアライメントマーク２５５が一定の位置関係に合致するように、素子基板１０とＦＰＣ基板２００との間の相対位置関係を調整しながら両者を加熱圧着する。

ここで、本発明の接着剤２２０について「導電性を有さない」とは、ＡＣＦのように樹脂中に導電性を有する添加物を積極的に混合し、意識的に導電性を持たせるものではないことを指している。そのため、接着剤２２０の製造過程においてイオン性の夾雑物が残留することに起因する、接着剤２２０の微弱な導電性すら無いことまでも求めるものではない。もちろん、そのような導電性すら無いことのほうが好ましいことは言うまでもない。

接着剤２２０には、ＡＣＦ２１０の樹脂成分と同じ硬化性樹脂や、その他のエポキシ樹脂、アクリル系硬化性樹脂などを好適に用いることができる。本実施形態では、ＡＣＦ２１０の樹脂成分と同じ硬化性樹脂を材料とする接着剤２２０を用いる。

接着剤２２０が、ＡＣＦ２１０と素子基板１０の端部１０ｅとの間に配置されることで、加熱圧着時に溶融し流動するＡＣＦ２１０に対して、導電性を有さない接着剤２２０が土手の役割を果たし、ＡＣＦ２１０をせき止める。そのため、導電性を有するＡＣＦ２１０が、素子基板１０の端部１０ｅへ接触することを防ぎ、導電性を有する素子基板１０の基板本体（半導体基板）を介して端子間が短絡することを抑制することができる。

接着剤２２０として、硬化速度がＡＣＦ２１０の樹脂成分よりも速い硬化性樹脂を用いると、接着の際にＡＣＦ２１０の樹脂成分よりも早く硬化してＡＣＦ２１０の流出を防止することができるため、より確実に短絡を防止することが可能となる。

図４は、本実施形態の液晶装置１００とＦＰＣ基板２００との導電接続の工程を示す工程図である。図４（ａ）に示すように、まず、液晶装置１００の接続端子１０２の配列方向に固形帯状のＡＣＦ２１０を配置する。

次に、図４（ｂ）に示すように、ＡＣＦ２１０と素子基板１０の端部１０ｅとの間の領域に、固形帯状の接着剤２２０を配置する。

次に、図４（ｃ）に示すように、液晶装置１００とＦＰＣ２００との相対位置を決定する。例えば、２台のアライメントカメラ３００を用いて素子基板１０の接続端子１０２を形成した面側から、接続端子１０２の配列方向両端および配線端子２０２の配列方向両端に設けられた不図示のアライメントマークを撮影しながら、液晶装置１００とＦＰＣ基板２００との位置合わせを行う。

次に、図４（ｄ）に示すように、熱圧着ヘッド４００を用い、ＦＰＣ基板２００を介してＡＣＦ２１０と接着剤２２０とを加熱し、ＡＣＦ２１０に含まれる樹脂成分および接着剤２２０を溶融及び熱硬化させて、液晶装置１００とＦＰＣ基板２００とを接着する。

以上のような工程により、図４（ｅ）に示すように、液晶装置１００とＦＰＣ基板２００とを導電接続することができる。

以上のような構成の配線基板の接続方法によれば、端子間の短絡を防止するためにＡＣＦ２１０の使用量を減らしたとしても、配置する接着剤２２０とＡＣＦ２１０の樹脂成分とが協働して基板間の接着を行うため、基板間の剥離を防止することができる。また、導電性のない接着剤２２０がＡＣＦ２１０をせき止めるために、端子間の短絡を防ぎ、信頼性の高い接続を実現することができる。

なお、本実施形態においては、接着剤２２０は固形帯状の形状であることとしたが、これに限らない。例えば、硬化前は流動性の液状を呈する接着剤を用い、ディスペンサー等の塗布手段を用いて配置することとしても構わない。このような接着剤を用いる場合には、塗布した際に必要以上に塗れ広がらない程度に粘度が高いものを用いると良い。

また、本実施形態においては、ＡＣＦ２１０を配置した後に接着剤２２０を配置することとしたが、順序は逆になっても構わない。また、ＡＣＦ２１０および接着剤２２０を液晶装置１００側に配置することとしたが、もちろんＦＰＣ２００側に配置することとしても良く、更には、液晶装置１００にＡＣＦ２１０および接着剤２２０の一方を配置し、ＦＰＣ２００に残る他方を配置することとしても構わない。

また、本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、接着剤２２０がＡＣＦ２１０と並列して配置することとしたが、これに限らない。

例えば、図５（ｂ）に示すように、液晶装置１００の内側方向のみを開口して、ＡＣＦ２１０の周囲三方を囲んで帯状の接着剤２２０を配置する事としても良い。このような配置の場合には、ＡＣＦ２１０が流動する方向が、液晶装置１００の面内内側の方向に限定されるため、ＡＣＦ２１０が素子基板１０の端部に接しにくくなり、短絡が抑制される。

また、図５（ｃ）に示すように、ＡＣＦ２１０の周囲四方を囲むように、帯状の接着剤２２０を環状につなげて配置しても良い。この場合には、接着剤２２０に囲まれた領域にＡＣＦ２１０を止めることができるため、確実に短絡を防止することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本実施形態では液晶装置１００にＦＰＣ２００を導電接続する場合を想定して示したが、他の配線基板間を導電接続する際にも適用することが可能である。

１…半導体基板（基板本体）、１０…素子基板（第１の配線基板）、１０ｅ…端部（露出領域）、１０２…接続端子（第１の電極端子）、２００…ＦＰＣ基板（第２の配線基板）、２０２…配線端子（第２の電極端子）、２１０…ＡＣＦ（異方性導電材）、２２０…接着剤、

Claims (6)

1. 基板の面上に複数並ぶ第１の電極端子を有する第１の配線基板と、基板の面上に複数並ぶ第２の電極端子を有する第２の配線基板とを互いに対向させ、前記第１の電極端子と前記第２の電極端子とを異方性導電材を介して接続する配線基板の接続方法であって、
   前記第１の配線基板は、導電性を有する基板本体を形成材料とすると共に、前記第１の電極端子の周縁に前記基板本体が露出する露出領域を有し、
   前記異方性導電材は、絶縁性の硬化性樹脂と該硬化性樹脂中に分散する導電性粒子とを有し、
   前記第１の配線基板と前記第２の配線基板とが平面的に重なる領域であって、前記異方性導電材と前記露出領域との間に、導電性を有さない接着剤を配置し、前記第１の配線基板と前記第２の配線基板とを加熱圧着することを特徴とする配線基板の接続方法。
2. 前記接着剤は、前記異方性導電材が有する前記硬化性樹脂よりも、硬化速度が速い硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板の接続方法。
3. 前記第１の配線基板は、該第１の配線基板が複数設けられた母基板を分断して形成され、
   前記接着剤は、前記異方性導電材の配置位置よりも前記第１の配線基板の周縁側に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板の接続方法。
4. 前記平面的に重なる領域であって、前記異方性導電材と前記露出領域との間に、帯状に連続する前記接着剤を配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の配線基板の接続方法。
5. 前記帯状の接着剤が、前記異方性導電材と前記平面的に重なる領域の周縁部と、の間に、前記異方性導電材の周囲を囲んで配置されることを特徴とする請求項４に記載の配線基板の接続方法。
6. 前記帯状の接着剤が環状に閉じ、
   前記異方性導電材が、前記接着剤により形成される環の内側に配置されることを特徴とする請求項５に記載の配線基板の接続方法。

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