JP2024049259A - 接続構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】微小な発光素子等の、異なる高さの電極を有する電子部品を基板に接続する場合に簡便な方法でショートや導通不良を防止する。【解決手段】電子部品10の第1電極11aと基板20の第1電極21a、及び電子部品10の第2電極11bと基板20の第2電極21bが、それぞれ第1導電粒子2a由来の第1導電材料2a’と粘着材3a’、及び第2導電粒子2b由来の第2導電材料2b’と粘着材3b’によって接続されている接続構造体1Aであって、電子部品10の第1電極11aと第2電極11bに段差Δdがあり、第1導電材料2a’による接続距離L1と、第2導電材料2b’による接続距離L2との差が前記段差Δdを相殺している。【選択図】図1B
Description
本発明は、一つの微小電子部品が有する第1電極と第2電極に段差がある場合に、その微小電子部品を基板に接続する方法、その接続により得られる接続構造体、及びその接続に使用する導電粒子含有フィルムに関する。
微小な発光素子であるμLEDを基板上に配列してなるμLEDディスプレイは、液晶ディスプレイに必要とされるバックライトを省略できることによりディスプレイを薄膜化することができ、さらに広色域化、高精細化、省電力化も実現することのできるディスプレイまたは光源として期待されている。
LEDの製造過程では、ウエハ上にn型層、発光層、p型層が順次積層した成膜層を形成し、メサ加工によりウエハ上のn型層を露出させ、n型層とp型層とに電極(n電極、p電極)を形成し、絶縁膜を成膜し、ダイシングしてベアチップを形成する。
LEDのベアチップを基板に接続実装する方法としては、ワイヤボンディングを行う方法もあるが、生産性の点から異方性導電フィルムを用いたフリップチップ接続が行われる。フリップチップ接続では、n電極とp電極の段差が解消されるようにn電極とp電極の厚みを変えておくことがなされている。しかしながら、電極の製造工程数が増え、電極材料も段差解消分だけ多く使用しなくてはならないので、コスト高となる。
これに対し、特許文献1には、異方性導電フィルムとして、樹脂粒子の表面に金属層を有する導電粒子とこの導電粒子よりも粒子径の小さいハンダ粒子とをバインダー樹脂に分散させたものを使用し、n電極とp電極に段差があるベアチップを接続することが記載されている。また、特許文献2には、30%圧縮変形時のK値と30%圧縮変形時の回復率が特定の範囲の導電粒子とハンダ粒子とをバインダー樹脂に分散させた異方性導電フィルムを使用してn電極とp電極に段差があるベアチップを接続することが記載されている。
一方、複数種の電子部品を一つの基板に接続するのに適した異方性導電フィルムとして、導電粒子の個数密度、粒子径及び硬度の少なくとも一つが異なる複数領域を有するものが提案されている(特許文献3)。
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載の接続方法でも基板に接続したLEDが傾き、導通不良が生じ、所期の輝度を得られない場合がある。
特許文献3には、異方性導電フィルムの使用領域を電子部品ごとに変えることが記載されているが、一つの電子部品内に異なる高さの電極が存在することへの対応方法は記載されていない。
これに対し、本発明はLEDのベアチップ等の電子部品、特にμLEDのベアチップのように一辺が50μmよりも小さい微小な電子部品であって、高さが異なる電極を有するものを基板に対して傾かないように接続し、導通不良や輝度不足を防止することを課題とする。
本発明者は、LEDのベアチップのように高さが異なる電極を有する電子部品を、導電粒子と粘着材を用いて基板にフリップチップ接続するには、導電粒子として、電極の段差を相殺することのできる粒子径差を有するものを、電極の高さに応じて使い分けることが有効であることを想到し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は電子部品の第1電極と基板の第1電極、及び電子部品の第2電極と基板の第2電極が、それぞれ第1導電粒子由来の第1導電材料と粘着材、及び第2導電粒子由来の第2導電材料と粘着材によって接続されている接続構造体であって、電子部品の第1電極と第2電極に段差があり、第1導電材料による接続距離L1と、第2導電材料による接続距離L2との差が前記段差を相殺している接続構造体を提供する。
また、上述の接続構造体の製造方法であって、段差を有する電子部品の第1電極及び第2電極と、該第1電極及び第2電極に対応する基板の第1電極及び第2電極との間に、それぞれ第1粘着材付導電粒子及び第2粘着材付導電粒子を挟持させ、少なくとも加熱又は加圧する接続構造体の製造方法であって、前記段差が相殺されるように第1粘着材付導電粒子の第1導電粒子の粒子径D1と第2粘着材付導電粒子の第2導電粒子の粒子径D2に差を設ける接続構造体の製造方法を提供する。
加えて、上述の接続構造体の製造方法に使用する導電粒子含有フィルムであって、基材フィルム上で複数の第1導電粒子が粘着材層に保持されている第1導電粒子保持領域と、該基材フィルム上で複数の第2導電粒子が粘着材層に保持されている第2導電粒子保持領域とが区分されており、第1導電粒子と第2導電粒子とが、電子部品の第1電極と第2電極との段差を相殺する粒子径差を有する導電粒子含有フィルムを提供する。
本発明の接続構造体は、ベアチップLEDのp電極とn電極のように第1電極と第2電極に段差がある電子部品と基板との接続構造体であり、電子部品の第1電極と基板の第1電極とを接続する第1導電材料の接続距離と、電子部品の第2電極と基板の第2電極とを接続する第2導電材料の接続距離の差が、電子部品の第1電極と第2電極の段差を相殺するものになっている。そのため、基板上で電子部品が傾かず、傾きに伴う導通不良等も生じない。
本発明の接続構造体の製造方法によれば、電子部品の段差のある第1電極と第2電極を、導電粒子を用いて基板に接続するにあたり、段差を相殺することのできる粒子径差の第1導電粒子と第2導電粒子を使い分けるので、本発明の接続構造体では接続後の電子部品が不用に傾かず、かつ接続構造体を簡便に製造することができる。また、この製造方法によれば、電子部品の第1電極と第2電極の段差を、電極厚を異ならせることや電極(バンプ)の形成を省略もしくは最小限にすることにより予め接続面の段差を解消しておくことが不要となり、その分、接続構造体を安価に製造することが可能となる。
本発明の導電粒子含有フィルムによれば、電子部品の電極の段差に対応する粒子径差の第1導電粒子と第2導電粒子が粘着材層に区分して保持されているので、本発明の製造方法を行うために有用となる。
以下、本発明を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、各図中同一符号は、同一又は同等の構成要素を表している。
(接続構造体)
図1Aは本発明の一実施例の接続構造体1Aの平面図であり、図1Bはその断面図である。
図1Aは本発明の一実施例の接続構造体1Aの平面図であり、図1Bはその断面図である。
本実施例の接続構造体1Aにおいて電子部品10はμLEDベアチップであり、そのp電極とn電極には段差Δdがある。この接続構造体1Aでは、電子部品10のn電極を第1電極11aとし、p電極を第2電極11bとした場合に、第1電極11a、第2電極11bと、基板20の対応する第1電極21a、第2電極21bとが、それぞれ第1導電材料2a’、第2導電材料2b’によって電気的に接続され、粘着材3a’、3b’によって機械的に接続されている。そして、第1導電材料2a’による対向する電極11a、21a間の接続距離L1と、第2導電材料2b’による対向する電極11b、21b間の接続距離L2との差が段差Δdを相殺している。したがって、この接続構造体1Aでは電子部品10が傾かずに基板20に実装されている。
ここで、段差Δdは、1μm以上、好ましくは2μm以上の電極の段差を指す。段差は電極の平滑面や主面の高さの差を指す。従来、異方性接続などに使用されているICチップなどの半導体素子ではこの段差が、一方の電極を厚く形成することにより解消されている。本発明において上述の第1導電材料2a’の接続距離L1と第2導電材料2b’の接続距離L2との差は、後述するように、これらの導電材料2a’、2b’を形成する導電粒子2a、2bの粒子径D1、D2の差に基づく。したがって、本発明によれば段差Δdを導電粒子2a、2bの粒子径D1、D2の差で解消するので、電極形成のコストを削減することができる。例えば、電極がAuバンプであったと想定すれば、この高さのAuバンプの削減量から導電粒子のコストを引いたものが発明の効果を表すと考えてもよい。第1導電材料2a’と第2導電材料2b’とに用いられている導電粒子の粒子径は1μm以上の差があればよい。
なお、図中、符号12はウエハ、13はn型層、14は発光層、15はp型層、16は保護膜(絶縁膜)を表している。また、本発明において電子部品10は、μLEDベアチップに限られず、例えばミニLEDベアチップ等の半導体素子でもよい。発明の効果が発揮されれば半導体素子以外であってもよく、特に制限はない。また、接続構造体には、必要に応じてアンダーフィルなどを設けても良い。
本実施例の接続構造体1Aでは、後述する接続構造体の製造方法により、第1導電材料2a’が第1粘着材付導電粒子4aの導電粒子2aに由来し、第2導電材料2b’が第2粘着材付導電粒子4bの導電粒子2bに由来する。第1導電材料2a’、第2導電材料2b’は、それぞれ導電粒子2a、2bの略球体の形状が扁平化したものとなっている。
なお、ここでいう粘着材付導電粒子は、後述するように、導電粒子含有フィルムを個片化したものを含む。レーザーリフトオフ法などにより、個片化した導電粒子含有フィルムを基板の電極の所定位置に設けることで、μLEDのような微小電子部品の電極形成を代替でき、接続構造体のトータルでの部品コストや製造コストの削減が可能となる。言い換えれば、導電材料を基板上に載置する工程、μLEDなどの微小電子部品を載置する工程、圧着やリフローなどの接続工程からなる従来の接続構造体の製造方法において、本発明は、基板上の所定位置、即ち一つのμLEDの第1電極(n電極)11aと第2電極(p電極)11bのそれぞれに粒子径の異なる導電粒子を載置する。これにより、微小電子部品の電極(Auバンプなど)の形成を省略することができる。本発明によれば、圧着やリフローなどの接続工程において、微小電子部品の傾きを設計範囲内に抑えるといった技術課題が新たに発生するにしても、それを補えるコスト削減効果を期待することができる。
本実施例の接続構造体1Aにおいて、第1導電材料2a’は対向する第1電極11a、21aの間に収まり、第2導電材料2b’も対向する第2電極11b、21b間に収まっており、電子部品10の第1電極11aと第2電極11bとが、導電材料2a’、2b’や粘着材3a’、3b’が存在しない領域Xで隔てられ、第1電極11aと第2電極11bのショートが防止されている。
第1電極11a又は21aと第1導電材料2a’との接続面積や、第2電極11b又は21bと第2導電材料2b’との接続面積は、少なすぎると導通不良が懸念されることから、電極面の面積の4%以上が好ましく、7%以上がより好ましく、10%以上がさらに好ましい。一方、第1電極11a又は21aと第1導電材料2a’との接続面積が第1電極11a又は21aの面積に対して大きすぎると第1導電材料2a’が第1電極11aからはみ出し、また、第2電極11b又は21bと第2導電材料2b’との接続面積が第2電極11b又は21bの面積に対して大きすぎても第2導電材料2b’が第2電極11bからはみ出し、ついには第1電極11aと第2電極11bとの間で第1導電材料2a’と第2導電材料2b’が繋がり、ショートが起こることが懸念される。そのため、電極11a、11bが、導電材料2a’、2b’が存在しない領域Xで隔てられるようにする。
上述の接続面積や電極面の面積の計測方法は、金属顕微鏡を用いて観察して求める他、画像解析ソフト(例えば、WinROOF(三谷商事株式会社)や、A像くん(登録商標)(旭化成エンジニアリング株式会社)等)により観察画像を計測して求めてもよい。
(接続構造体の変形態様)
本発明の接続構造体において、電子部品と基板との間の粘着材の存在形態は特に制限はない。図3A,図3Bに示す接続構造体1Bのように、対向する第1電極11a、21a間の粘着材3a’と、対向する第2電極11b、21b間の粘着材3b’が連続していてもよい。樹脂の使用量を削減する点からは、第1電極11a、21a間の粘着材3a’と第2電極11b、21b間の粘着材3b’を離間させることが好ましい。
本発明の接続構造体において、電子部品と基板との間の粘着材の存在形態は特に制限はない。図3A,図3Bに示す接続構造体1Bのように、対向する第1電極11a、21a間の粘着材3a’と、対向する第2電極11b、21b間の粘着材3b’が連続していてもよい。樹脂の使用量を削減する点からは、第1電極11a、21a間の粘着材3a’と第2電極11b、21b間の粘着材3b’を離間させることが好ましい。
本発明の接続構造体において、第1電極11a、21a間の導電粒子由来の第1導電材料2a’と第2電極11b、21b間の導電粒子由来の第2導電材料2b’の個数は、それぞれ1個でもよく複数個でもよいが、導通を安定させるためには導電粒子は3個以上であることが好ましい。例えば、図4A、図4Bに示す接続構造体1Cのように第1電極11a、21a間と第2電極11b、21b間とがそれぞれ複数個の導電粒子由来の導電材料2a’、2b’で接続されていてもよい。この場合に、図5A、図5Bに示す接続構造体1Dのように、対向する第1電極11a、21a間の粘着材3a’と、対向する第2電極11b、21b間の粘着材3b’が連続していてもよい。
(接続構造体1Aの製造方法)
図1A,図1Bに示した接続構造体1Aの製造方法としては、例えば、まず図2Aに示すように、電子部品10の第1電極11a、第2電極11b上にそれぞれ導電粒子の粒子径の異なる第1粘着材付導電粒子4a、第2粘着材付導電粒子4bを配置し、次に図2Bに示すように、電子部品10の第1電極11aと基板20の第1電極21aとで第1粘着材付導電粒子2aが挟持され、電子部品10の第2電極11bと基板20の第2電極21bとで第2粘着材付導電粒子2bが挟持されるように電子部品10と基板20を重ね合わせ、電子部品10と基板20を加熱又は加圧して電子部品10の第1電極11aと基板20の第1電極21aを接続すると共に、電子部品10の第2電極11bと基板20の第2電極21bを接着する。なお、接続にはリフローを用いてもよい。特に導電粒子がハンダの場合はリフロー接続が好ましい場合がある。粒子径違いのハンダをそれぞれの電極に一つもしくは小数個設ける場合には、BGA(ボールグリッドアレイ)と近似した考え方となるが、マイクロLEDなどの微小部品でこれを簡易的に行えることが本発明の特徴と言える。
図1A,図1Bに示した接続構造体1Aの製造方法としては、例えば、まず図2Aに示すように、電子部品10の第1電極11a、第2電極11b上にそれぞれ導電粒子の粒子径の異なる第1粘着材付導電粒子4a、第2粘着材付導電粒子4bを配置し、次に図2Bに示すように、電子部品10の第1電極11aと基板20の第1電極21aとで第1粘着材付導電粒子2aが挟持され、電子部品10の第2電極11bと基板20の第2電極21bとで第2粘着材付導電粒子2bが挟持されるように電子部品10と基板20を重ね合わせ、電子部品10と基板20を加熱又は加圧して電子部品10の第1電極11aと基板20の第1電極21aを接続すると共に、電子部品10の第2電極11bと基板20の第2電極21bを接着する。なお、接続にはリフローを用いてもよい。特に導電粒子がハンダの場合はリフロー接続が好ましい場合がある。粒子径違いのハンダをそれぞれの電極に一つもしくは小数個設ける場合には、BGA(ボールグリッドアレイ)と近似した考え方となるが、マイクロLEDなどの微小部品でこれを簡易的に行えることが本発明の特徴と言える。
あるいは、図2Cに示すように、基板20の第1電極21a、第2電極21b上に導電粒子の粒子径の異なる第1粘着材付導電粒子4a、第2粘着材付導電粒子4bを配置し、次に前述の図2Bと同様に、電子部品10の第1電極11aと基板20の第1電極21aとで第1粘着材付導電粒子4aが挟持され、電子部品10の第2電極11bと基板の第2電極21bとで第2粘着材付導電粒子4bが挟持されるように電子部品10と基板20を重ね合わせ、基板20と電子部品10を加熱又は加圧する。導電粒子の種類によってはリフローにより対向する電子部品10の電極11a、11bと基板20の電極21a、21bを接続する。
ここで粒子径の異なる第1粘着材付導電粒子4a、第2粘着材付導電粒子4bとしては、第1粘着材付導電粒子4aを構成する第1導電粒子2aの粒子径D1と、第2粘着材付導電粒子4bを構成する第2導電粒子2bの粒子径D2とが、電子部品10の電極11a、11bの段差Δdを相殺することのできる粒子径差を有するものを使用する。この場合、粒子径差(│D1―D2│)と段差Δdとの差を±0.5μmとすることが好ましい。
また、第1粘着材付導電粒子4aを構成する第1導電粒子2aの粒子径D1と第2粘着材付導電粒子4bを構成する第2導電粒子2bの粒子径D2がD1>D2である場合に、第1導電粒子2aの粒子硬度A1と、第2導電粒子2bの粒子硬度A2とが、A1≦A2であることが好ましい。これにより第1電極11a、21a間を第1導電粒子2a由来の第1導電材料2a’で確実に接続すると共に、第2電極11b、21b間を第2導電粒子2b由来の導電材料2b’で確実に接続することが容易となる。ここで粒子硬度としては圧縮強さ(JIS K 7181)により測定される数値とすることができる。粒子硬度として20%変形時の圧縮硬さ(20%K値)を使用してもよい。
電子部品10の第1電極11a又は基板20の第1電極21aに配置する第1粘着材付導電粒子4a、及び電子部品10の第2電極11b又は基板20の第2電極21bに配置する第2粘着材付導電粒子4bの量は、電極面積や導電粒子の粒子径等に応じて定めることができるが、導電粒子2a、2bの数として1個以上とし、特に3個以上とすることが好ましい。上限は電極の大きさと粒子径によって定まるため、特に制限はない。
第1粘着材付導電粒子4aの電子部品10の第1電極11a又は基板20の第1電極21aへの配置方法、又は第2粘着材付導電粒子4bの電子部品10の第2電極11b又は基板20の第2電極21bへの配置方法は、当該粘着材付導電粒子4a、4bの形態に応じて選択することができる。即ち、接続前の第1粘着材付導電粒子4a及び第2粘着材付導電粒子4bは粒状又は個片状の形態をとることができる。ここで、粒状とは、好ましくは1個の導電粒子に粘着材が略一様な厚みで付着している状態をいう。個片状とは導電粒子含有シートを個片化したときに得られる形態であり、個片状の粘着材付導電粒子では、通常、導電粒子の存在箇所が盛り上がり、その周囲が略均一な厚みの粘着材層になっている。
第1粘着材付導電粒子4aや第2粘着材付導電粒子4bを、導電粒子含有フィルムを個片化したものとする場合、大径の第1導電粒子2aを含むフィルムの個片を電子部品10の第1電極11a又は基板20の第1電極21aに配置し、小径の第2導電粒子2bを含むフィルムの個片を電子部品10の第2電極11b又は基板20の第2電極21bに配置する。このための手法としては、公知のレーザーリフトオフ法(例えば、特開2017-157724号公報)又はそれに準じた方法を行うことができる。即ち、導電粒子含有フィルムにレーザー光を照射し、導電粒子含有フィルムから電極11又は21に対応する面積の個片状のフィルムを離脱させ、電極11又は21上に着弾させることができる。個片の形状は、捲れや欠けの発生を抑制するために、鈍角からなる多角形、角が丸い多角形、楕円、長円、及び円から選択される少なくとも1種であることが好ましい。このような形状の個片は、接続に支障を来さなければ、接続時にその一部が電極からはみ出していてもよい。個片は、基板側の電極のみに個々に離間して載置され、マイクロLEDの電極が離間した個片のそれぞれと接続された状態であってもよい。即ち、上述した鈍角からなる多角形、角が丸い多角形、楕円、長円、及び円から選択される少なくとも1種からなる個片が、基板の電極それぞれに設けられ、マイクロLEDが2つの個片のそれぞれを跨ぐようにして接続されていてもよい。マイクロLEDの電極部分に予めこれらの個片や粘着材付導電粒子が設けられていてもよい。電極と個片はそれぞれの一部が重複するように見える場合がある。個片の端部に基板の電極やマイクロLEDの電極が存在するような状態であってもよい。電極11a、11b又は21a、21bに設けるそれぞれの個片内の導電粒子の大きさは、その場所に必要とされる導電粒子径となるように調整すればよい。絶縁性樹脂や導電粒子が不足する場合には、別途絶縁性樹脂からなる個片や粘着材を電極付近やマイクロLEDの外周部等に追加することも本発明は包含する。
レーザーリフトオフ法で電子部品10を基板20上に着弾させる場合に基板20上にはシリコーンゴム層があってもよい。シリコーンゴム層は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)等から形成することができる。また、レーザーリフトオフ法で電子部品をシリコーンシートに着弾させ、シリコーンシートに電子部品10が設けられている状態で、電子部品10の電極11を基板20の電極21に重ね合わせても良い。
レーザーリフトオフ法は、市販のレーザーリフトオフ装置(例えば、信越化学工業株式会社のレーザーリフトオフ装置、商品名「Invisi LUM-XTR」)を用いて行うことができる。
個片化に供する導電粒子含有フィルムとしては、図6A及び図6Bに示す導電粒子含有フィルム30Aのように、大径の第1導電粒子2aと小径の第2導電粒子2bとが、共通の基材フィルム31上の共通の粘着材層32に保持され、かつ第1導電粒子2aが保持されている第1導電粒子保持領域R1と第2導電粒子2bが保持されている第2導電粒子保持領域R2とが区分されているものを使用することができる。第1導電粒子保持領域R1と第2導電粒子保持領域R2とは互いに離間しているものを使用してもよい。また、各導電粒子2a、2bは基材フィルム31に当接していることが好ましい。
導電粒子含有フィルム30Aと同様の導電粒子の平面配置を有するが、図7に示す断面の導電粒子含有フィルム30Bのように、第1導電粒子保持領域R1のフィルム厚に対して第2導電粒子保持領域R2のフィルム厚を薄くしたものを使用してもよい。導電粒子含有フィルム30Aと同様の導電粒子の平面配置を有するが、図8に示す断面の導電粒子含有フィルム30Cのように、第1導電粒子保持領域R1の粘着材層と第2導電粒子保持領域R2の粘着材層32が離間していてもよい。また、第1導電粒子保持領域R1と第2導電粒子保持領域R2とが、完全に別個の導電粒子含有フィルムとして形成されていてもよい。
一方、第1粘着材付導電粒子4aの電子部品10の電極11a又は基板20の電極21aへの配置方法、又は第2粘着材付導電粒子4bの電子部品10の電極11b又は基板20の電極21bへの配置方法として、公知のスタンプ材を用いた転写法(例えば、特開2021-141160号公報)により、導電粒子含有フィルムを電子部品10の電極11上又は基板20の電極21上に転写してもよい。
第1粘着材付導電粒子4aの電子部品10の電極11a又は基板20の電極21aへの配置方法、又は第2粘着材付導電粒子4bの電子部品10の電極11b又は基板20の電極21bへの配置方法として、インクジェット、スクリーン印刷等の印刷手法を用いて導電粒子含有ペーストを塗布して設けてもよい。1辺が200μm以下のミニLEDなど比較的電極が大きいものには適している。
(接続構造体1B等の製造方法)
一方、図3A、図3Bに示した接続構造体1Bや、図5A、図5Bに示した接続構造体1Dのように、電子部品10の第1電極11a上の粘着材3a’と第2電極11b上の粘着材3b’とが連続して一体になっている場合にも、図6A,図6Bに示した導電粒子含有フィルム30Aや図7に示した導電粒子含有フィルム30Bを使用することができる。
一方、図3A、図3Bに示した接続構造体1Bや、図5A、図5Bに示した接続構造体1Dのように、電子部品10の第1電極11a上の粘着材3a’と第2電極11b上の粘着材3b’とが連続して一体になっている場合にも、図6A,図6Bに示した導電粒子含有フィルム30Aや図7に示した導電粒子含有フィルム30Bを使用することができる。
この場合、電子部品10の第1電極11a、第2電極11b又は基板20の第1電極21a、第2電極21bに、導電粒子含有フィルム30A又は30Bを、電極に対応する粒子径の導電粒子保持領域R1,R2が配置されるようにして仮貼りし、導電粒子含有フィルム30A、30Bを介して電子部品10の第1電極11a、第2電極11b及び基板20の第1電極21a、第2電極21bをアライメントする。そして、導電粒子含有フィルム30Aを介して電子部品10と基板20とを加圧し、接続する。図6Aにおいて二点鎖線は、この導電粒子含有フィルム30Aを仮貼りする電極11a、11bの該フィルム30Aにおける位置を示している。
なお、接続後に必要に応じてアンダーフィルなどで封止をしてもよい。また、電極に粘着剤付導電粒子や個片を設ける前後に絶縁性樹脂層のみを設けてアンダーフィルと同様の効果を得てもよい。
(導電粒子含有フィルム)
本発明の導電粒子含有フィルムは、前述した個片化に使用することができ、フィルム平面視および断面視は図6A,図6B、図7、図8に示した粒子配置とすることができる。
本発明の導電粒子含有フィルムは、前述した個片化に使用することができ、フィルム平面視および断面視は図6A,図6B、図7、図8に示した粒子配置とすることができる。
導電粒子含有フィルムでは、導電粒子が互いに離間していることが好ましい。例えば、導電粒子2a、2bの粒子径が1μm以上、好ましくは2μm以上のとき、粒子間距離を粒子径の1~3倍に離すことが好ましい。また、隣り合う導電粒子間の距離が1μm以上離間しているものを60%以上存在させることが好ましい。このような導電粒子含有フィルムは、公知の異方性導電フィルム(例えば、特許6187665、特開2018―090768号公報)と同様にして製造することができる。導電粒子が互いに離間して規則配置している場合、電極に導電材料を設ける際に、電極内の導電粒子の位置を制御することができる。導電粒子が複数個ある場合、各電極でベアチップを支えるのに適した配置とすることができる。個片化して電極毎に設ける場合に特に効果を発揮できる。
一方、本発明の導電粒子含有フィルムは、フィルム内で複数個の導電粒子が互いに接触した粒子配置であってもよい。このような導電粒子含有フィルムは、例えば、特開2016―85983号公報に記載の異方性導電フィルムに準じて製造することができる。粒子配置はこれに限定されず、公知の規則配列を適宜選択できる。規則配列の手法も転写法などの公知の手法を用いて作成することができる。
導電粒子含有フィルムのフィルム厚は、薄すぎると第1電極11a、21a間、第2電極11b、21b間の接着力が不足し、厚すぎると接続構造体の製造過程において熱圧着を行う場合に第1導電粒子2a、第2導電粒子2bの位置ずれによりショートの発生や第1電極11a、21a、又は第2電極11b、21b間の導通特性の低下が懸念される。そのため、第1導電粒子保持領域R1、第2導電粒子保持領域R2のそれぞれにおいてフィルム厚は導電粒子2a、2bの粒子径の好ましくは0.8倍以上、より好ましくは1倍以上であり、また、好ましくは3倍以下、より好ましくは2.5倍以下、さらに好ましくは1.5倍以下である。
(導電粒子の種類)
第1導電粒子2a、第2導電粒子2bの種類としては、対向する第1電極11a、21a間、及び対向する第2電極11b、21b間の導通をとれる金属であれば特に制限はなく、Au、Ni、Ag、Cu、Sn系ハンダなどを好ましくあげることができる。また、樹脂コア金属被覆粒子でもよい。電極11、21間で導電粒子の種類を単一としてもよく、複数種としてもよい。対向する一つの電極間の導電粒子の種類を単一としてもよく、複数種としてもよい。
第1導電粒子2a、第2導電粒子2bの種類としては、対向する第1電極11a、21a間、及び対向する第2電極11b、21b間の導通をとれる金属であれば特に制限はなく、Au、Ni、Ag、Cu、Sn系ハンダなどを好ましくあげることができる。また、樹脂コア金属被覆粒子でもよい。電極11、21間で導電粒子の種類を単一としてもよく、複数種としてもよい。対向する一つの電極間の導電粒子の種類を単一としてもよく、複数種としてもよい。
(導電粒子の粒子径)
前述のように第1導電粒子2aと第2導電粒子2bは、電子部品10の第1電極11aと第2電極11bとの段差Δdを相殺する粒子径差を有するが、本発明において、粒子径は平均粒子径を意味する。導電粒子含有フィルムにおける導電粒子の平均粒子径は、平面画像又は断面画像から求めることができる。顕微鏡観察で200個以上の粒子径を測定することにより平均粒子径を求めても良い。また、導電粒子含有フィルムに含有させる前の原料粒子としての導電粒子の平均粒子径は湿式フロー式粒子径・形状分析装置FPIA-3000(マルバーン社)を用いて求めることができる。なお、導電粒子に絶縁性微粒子等の微粒子が付着している場合には、微粒子を含めない径を粒子径とする。
前述のように第1導電粒子2aと第2導電粒子2bは、電子部品10の第1電極11aと第2電極11bとの段差Δdを相殺する粒子径差を有するが、本発明において、粒子径は平均粒子径を意味する。導電粒子含有フィルムにおける導電粒子の平均粒子径は、平面画像又は断面画像から求めることができる。顕微鏡観察で200個以上の粒子径を測定することにより平均粒子径を求めても良い。また、導電粒子含有フィルムに含有させる前の原料粒子としての導電粒子の平均粒子径は湿式フロー式粒子径・形状分析装置FPIA-3000(マルバーン社)を用いて求めることができる。なお、導電粒子に絶縁性微粒子等の微粒子が付着している場合には、微粒子を含めない径を粒子径とする。
(粘着材の種類)
粘着材付導電粒子4a、4bの粘着材としては、公知の異方性導電フィルム(例えば、特許6187665、特開2018―090768号公報等)で絶縁性樹脂として用いられているものを使用することができる。絶縁性樹脂としては硬化性樹脂を使用することが好ましい。この場合、熱硬化性及び光硬化性のいずれでもよい。硬化性樹脂を使用すると、硬化前の粘着性により電子部品の基板への仮固定を容易に行うことができ、また、硬化後には対向する電極11、21を強固に固定することができる。なお、絶縁性樹脂として熱可塑性樹脂を使用してもよい。
粘着材付導電粒子4a、4bの粘着材としては、公知の異方性導電フィルム(例えば、特許6187665、特開2018―090768号公報等)で絶縁性樹脂として用いられているものを使用することができる。絶縁性樹脂としては硬化性樹脂を使用することが好ましい。この場合、熱硬化性及び光硬化性のいずれでもよい。硬化性樹脂を使用すると、硬化前の粘着性により電子部品の基板への仮固定を容易に行うことができ、また、硬化後には対向する電極11、21を強固に固定することができる。なお、絶縁性樹脂として熱可塑性樹脂を使用してもよい。
絶縁性樹脂には、クッション性のあるゴム成分を配合してもよい。ゴム成分としては、クッション性(衝撃吸収性)の高いエラストマーであれば特に限定されるものではなく、具体例として、例えば、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、ポリウレタン樹脂(ポリウレタン系エラストマー)などを挙げることができる。
また、電子部品10の第1電極11aと基板20の第1電極21aとの接続工程前や、電子部品10の第2電極11bと基板20の第2電極21bとの接続工程前にレーザーリフトオフ法を使用する場合、粘着材3a、3b(導電粒子含有フィルム)としては、硬化前や接続前(レーザー照射前)においては、JIS K6253に準拠したデュロメータA硬度が好ましくは20~40、より好ましくは20~35、特に好ましくは20~30のものであり、JIS K7244に準拠した動的粘弾性試験(バイブロン、株式会社エー・アンド・デイ)による温度30℃、周波数200Hzでの貯蔵弾性率が60MPa以下が好ましい。粘着剤付導電粒子の場合は、フィルム状にして測定すればよい。
一方、硬化後(接続後)のJIS K7244に準拠した引張モードで測定された温度30℃における貯蔵弾性率が100MPa以上であることが好ましく、2000MPa以上であることがさらに好ましい。温度30℃における貯蔵弾性率が低すぎる場合、良好な導通性が得られず、接続信頼性も低下する傾向にある。温度30℃における貯蔵弾性率は、JIS K7244に準拠し、粘弾性試験機(バイブロン、株式会社エー・アンド・デイ)を用いた引張モードで、例えば、周波数11Hz、昇温速度3℃/minの測定条件で測定することができる。粘着剤付導電粒子の場合は、フィルム状にして測定すればよい。
電子部品10の第1電極11aと基板20の第1電極21aとの接続や、電子部品10の第2電極11bと基板20の第2電極21bとの接続にレーザーリフトオフ法を使用する場合、粘着材の転写後の反応率が好ましくは25%以下、より好ましくは20%以下、さらに好ましくは15%以下となるようにすることが好ましく、これが充足されるように粘着材3a、3bを構成する樹脂の種類の選択、重合開始剤の濃度調整等を行うことが好ましい。これにより、優れた転写性を得ることができる。この反応率の測定は、例えばFT-IRを用いて、レーザーリフトオフ法におけるレーザー照射の前の粘着材とレーザー照射後の個片について、エポキシ基(914cm-1付近)、(メタ)アクリロイル基(1635cm-1付近)等の反応基のピーク高さA,aとメチル基(2930cm-1付近)等の対照のピーク高さB、bとを計測し、反応基の減少率として、次式により求めることができる。反応率は個片の原反から求めてもよい。
反応率(%)={1-(a/b)/(A/B)}×100
式中、Aはレーザー照射前の反応基のピーク高さ、Bはレーザー照射前の対照のピーク高さ、aはレーザー照射後の反応基のピーク高さ、bはレーザー照射後の対照のピーク高さである。
式中、Aはレーザー照射前の反応基のピーク高さ、Bはレーザー照射前の対照のピーク高さ、aはレーザー照射後の反応基のピーク高さ、bはレーザー照射後の対照のピーク高さである。
なお、エポキシ基のピークに他のピークが重なる場合は、完全硬化(反応率100%)させたサンプルのピーク高さを0%とすればよい。
本発明の接続構造体は、導通信頼性に優れ、量産性にも優れている。本発明の接続構造体の製造方法は、透明ディスプレイの製造等に応用することができる。
また、本発明において電子部品はμLED、ミニLED等の半導体素子以外でもよい。
また、本発明において電子部品はμLED、ミニLED等の半導体素子以外でもよい。
1A、1B、1C、1D 接続構造体
2a 第1導電粒子
2a’ 第1導電材料
2b 第2導電粒子
2b’ 第2導電材料
3a、3b 粘着材
3a’、3b’ 粘着材
4a 第1粘着材付導電粒子
4b 第2粘着材付導電粒子
10 電子部品、μLEDベアチップ
11a 第1電極
11b 第2電極
12 ウエハ
13 n型層
14 発光層
15 p型層
16 保護膜(絶縁膜)
20 基板
21a 第1電極
21b 第2電極
30A、30B、30C 導電粒子含有フィルム
31 基材フィルム
32 粘着材層
Δd 段差
D1 第1導電粒子の粒子径
D2 第2導電粒子の粒子径
L1 接続距離
L2 接続距離
R1 第1導電粒子保持領域
R2 第2導電粒子保持領域
X 導電材料が存在しない領域
2a 第1導電粒子
2a’ 第1導電材料
2b 第2導電粒子
2b’ 第2導電材料
3a、3b 粘着材
3a’、3b’ 粘着材
4a 第1粘着材付導電粒子
4b 第2粘着材付導電粒子
10 電子部品、μLEDベアチップ
11a 第1電極
11b 第2電極
12 ウエハ
13 n型層
14 発光層
15 p型層
16 保護膜(絶縁膜)
20 基板
21a 第1電極
21b 第2電極
30A、30B、30C 導電粒子含有フィルム
31 基材フィルム
32 粘着材層
Δd 段差
D1 第1導電粒子の粒子径
D2 第2導電粒子の粒子径
L1 接続距離
L2 接続距離
R1 第1導電粒子保持領域
R2 第2導電粒子保持領域
X 導電材料が存在しない領域
Claims (13)
- 電子部品の第1電極と基板の第1電極、及び電子部品の第2電極と基板の第2電極が、それぞれ第1導電粒子由来の第1導電材料と粘着材、及び第2導電粒子由来の第2導電材料と粘着材によって接続されている接続構造体であって、電子部品の第1電極と第2電極に段差があり、第1導電材料による接続距離L1と、第2導電材料による接続距離L2との差が前記段差を相殺している接続構造体。
- 第1導電材料の周囲の粘着材と、第2導電材料の周囲の粘着材とが離間している請求項1記載の接続構造体。
- 段差を有する電子部品の第1電極及び第2電極と、該第1電極及び第2電極に対応する基板の第1電極及び第2電極との間に、それぞれ第1粘着材付導電粒子及び第2粘着材付導電粒子を挟持させ、少なくとも加熱又は加圧する接続構造体の製造方法であって、前記段差が相殺されるように第1粘着材付導電粒子の第1導電粒子の粒子径D1と第2粘着材付導電粒子の第2導電粒子の粒子径D2に差を設ける接続構造体の製造方法。
- 第1導電粒子の粒子径D1と第2導電粒子の粒子径D2との差(│D1―D2│)と前記段差との差が±0.5μmである請求項3記載の製造方法。
- 第1導電粒子の粒子径D1と第2導電粒子の粒子径D2がD1>D2である場合に、第1導電粒子の粒子硬度A1と第2導電粒子の粒子硬度A2とが、A1≦A2である請求項3記載の製造方法。
- 電子部品の第1電極又は基板の第1電極に第1粘着材付導電粒子を配置すると共に、電子部品の第2電極又は基板の第2電極に第2粘着材付導電粒子を配置し、電子部品の第1電極と基板の第1電極とで第1粘着材付導電粒子を挟持すると共に、電子部品の第2電極と基板の第2電極で第2粘着材付導電粒子を挟持する請求項3~5のいずれかに記載の製造方法。
- 第1粘着材付導電粒子と第2粘着材付導電粒子を別個の導電粒子含有フィルムから形成する請求項6記載の製造方法。
- 粘着材層に第1導電粒子が保持されている第1導電粒子保持領域と第2導電粒子が保持されている第2導電粒子保持領域を共通の基材フィルム上に有し、第1導電粒子保持領域と第2導電粒子保持領域が離間している導電粒子含有フィルムを用いて第1粘着材付導電粒子と第2粘着材付導電粒子を形成する請求項6記載の製造方法。
- 第1導電粒子と第2導電粒子がそれぞれ基材フィルムに当接している請求項8記載の製造方法。
- 請求項3記載の製造方法に使用する導電粒子含有フィルムであって、基材フィルム上で複数の第1導電粒子が粘着材層に保持されている第1導電粒子保持領域と、該基材フィルム上で複数の第2導電粒子が粘着材層に保持されている第2導電粒子保持領域とが区分されており、第1導電粒子と第2導電粒子とが、電子部品の第1電極と第2電極との段差を相殺する粒子径差を有する導電粒子含有フィルム。
- 基材フィルム上で第1導電粒子保持領域と第2導電粒子保持領域が離間している請求項10記載の導電粒子含有フィルム。
- 第1導電粒子保持領域と第2導電粒子保持領域のフィルム厚が異なる請求項10又は11記載の導電粒子含有フィルム。
- 第1導電粒子と第2導電粒子が基材フィルムに当接している請求項10又は11記載の導電粒子含有フィルム。
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