JPH0695462B2 - 電極上への導電性粒子の配置方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば半導体集積回路基板、あるいはプリ
ント基板、ガラス基板、フレキシブル基板、またはセラ
ミック基板などの回路基板相互間の電極を、導電性粒子
を介した圧接によって電気的に接続するために好適に実
施される電極上への導電性粒子の配置方法に関する。

従来の技術 従来、回路基板同士の電極を電気的に接続する方法とし
ては、通常、半田付けが行われている。半田付けによる
方法では、少なくとも一方の回路基板の電極上に、めっ
き法や印刷法などによって半田層を形成し、この半田層
を200〜250℃程度の高温に加熱し、溶融して他方の回路
基板の電極に接続する。したがって、電極材料として、
予めAu、Cu、Niなどの親半田金属を用いる必要がある。

このような半田付けという高温処理による回路基板など
への熱的な弊害や、親半田金属を用いることによるコス
ト高を回避するために、最近では、接着剤中に導電性粒
子を分散させて成る異方導電性接着剤を用いる傾向にあ
る。

異方導電性接着剤は、塗布状態で加圧されるとその厚み
方向に対してのみ導電性を示し、それ以外の方向に対し
ては非導電性である。この異方導電性を利用し、接続し
たい電極や端子などの表面にこの異方導電性接着剤を塗
布し、電極間に介在した異方導電性接着剤層をその厚み
方向にわたって加圧して両電極間の電気的および機械的
接続を行う。

特に、配線材料としてITO（Indium Tin Oxide）を使用
する液晶表示板の端子の接続には、その接続の容易性お
よび熱的条件の点から、前記異方導電性接着剤が多用さ
れている。

発明が解決しようとする課題 上記した異方導電性接着剤は、樹脂材料中に導電性粒子
を分散させた構成である。したがって隣接端子間のピッ
チ幅が微細となった場合には、樹脂中に存在する導電性
粒子に起因して電気的短絡が生じ、微小ピッチ幅での接
続が困難となる問題点がある。

本発明の目的は、上記問題点を解決して、接続すべき電
極上にのみ導電性の粒子を配置することができ、したが
って電極の微細化に対応することができると共に、接続
の信頼性を向上することができる電極上への導電性粒子
の配置方法を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、電極が形成された回路基板に光硬化性の樹脂
材料を塗布して樹脂層を形成し、 前記樹脂層の層厚よりも大径の導電性の粒子を前記回路
基板に散布し、 この導電性粒子が散布された回路基板の樹脂層に、光の
透過領域と遮断領域とが選択的に形成された光の選択透
過部材を介して電極部にのみ光を照射し、 前記樹脂層の硬化に先立って、前記選択透過部材によっ
て導電性粒子を電極側に圧接し、 電極上以外に付着した導電性粒子は、前記樹脂層と共に
除去するようにしたことを特徴とする電極上への導電性
粒子の配置方法である。

作用 本発明に従えば、電極を含む回路基板には光硬化性の樹
脂材料が塗布されて樹脂層が形成される。この樹脂層に
は、その層厚よりも大径の導電性粒子が散布され、電極
上以外に付着した前記粒子は樹脂層と共に除去される。
このように電極上へのみ導電性粒子を配置するには、先
ず、前記粒子が散布された回路基板の樹脂層に、回路基
板の電極に対応する位置に光の透過領域と、光の遮断領
域とが選択的に形成された光の選択透過部材を介して光
を照射する。また前記樹脂層が光照射によって硬化する
に先立って、前記選択透過部材によって導電性粒子を電
極側に圧接する。

これによって前記選択透過部材の光の透過領域に対応し
て光照射によって硬化した樹脂層には、導電性粒子が埋
設して固定され、光の遮断領域に対応して光照射されず
未硬化の樹脂層には導電性粒子が保持される。

したがって電極上以外に付着した前記粒子は未硬化の樹
脂層と共に除去することによって、電極上へ配置された
導電性粒子のみを樹脂層に埋設して固定し、突起した電
極を形成することができる。これによって回路基板上に
突起した電極を微細に形成することができ、電極の微細
化に対応して高い信頼性で他の回路基板に接続すること
ができる回路基板が構成される。

また、接続すべき両回路基板の少なくとも一方の回路基
板に前記突起した電極を形成して両回路基板を圧接する
場合に、両回路基板間に比較的低温度で硬化する接着剤
を充填してこの接着剤を硬化させれば、前記突起した電
極から成る電気的な接続部分が樹脂によって封止され、
接続の信頼性が格段に向上する。

実施例 第１図は本発明の一実施例である半導体装置６の構成を
示す断面図であり、第２図は半導体装置６の製造工程を
説明する断面図であり、第３図は半導体装置６が実装さ
れた液晶表示装置10の断面図である。

第３図を参照して、表面に透光性の電極13および対向電
極16がそれぞれ形成された一対の液晶表示板11,12は、
シール樹脂15を介して貼り合わされており、その間に液
晶17が封入されている。液晶表示装置10において、液晶
表示板12上を図面右方に延びる電極13には、導電性粒子
５を介して半導体装置６が接続され、液晶表示装置10の
表示駆動を行う。また、半導体装置６と液晶表示板12と
の接続部分は、接着剤14によって封止されている。

半導体装置６は、シリコンあるいはガリウムヒ素などの
基板上に拡散層（図示せず）が形成され、これによって
多数のトランジスタやダイオードなどが構成されて液晶
表示装置10の表示駆動を行う機能を有する。この半導体
装置６は、基板１と、この基板１の一方表面に予め形成
される電極２と、樹脂層8aと、導電性粒子５とを含む。

半導体装置６の電極２としては、通常AlにSiを１％程度
添加したAl・Siが使用されている。Al・Siは、その表面
にごく薄いアルミナなどの絶縁性酸化膜を形成し、接続
時の抵抗が高くなり易い。この接続抵抗を低減するため
に、図示はしないけれども、Al・Siの電極２にCr、Ti、
Ｗ、Cu、Ni、Au、Ag、PtおよびPdなどのうちのいずれか
の金属、あるいはこれら金属の合金を材料として、１層
もしくは２層以上の金属層を予め被覆してもよい。

被覆方法としては、上記金属を半導体装置６上にスパッ
タリング法あるいはエレクトロンビーム法などによって
蒸着し、その後フォトリソグラフィ法によってパターン
形成して、電極２に選択的に金属層を被覆する。あるい
は、Al・Siから成る電極２に、Niは直接には無電解めっ
きできないので、先にPdを電極２に選択的に無電解めっ
きし、その後、Pdに対してNiを無電解めっきすることに
よって、電極２にNiの金属層を被覆することもできる。

基板１の電極２が形成されていない表面領域には、表面
保護層３が形成されている。この表面保護層３は、たと
えばSiN、SiO₂、あるいはポリイミドなどから成る。

基板１の電極２上には、樹脂層8aが形成されている。こ
の樹脂層8aは、後述する本発明の方法によって、導電性
粒子５の一端が電極２の表面に接触し、他端が樹脂層8a
から突出した状態で硬化される。樹脂層8aの材料として
は、たとえばアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウ
ラタン系樹脂、エポキシ系樹脂、あるいはシリコーン系
樹脂などの各種合成樹脂材料を使用することができる。

導電性粒子５としては、Au、Ag、Pt、Cu、Ni、Ｃ、In、
Sn、PbおよびPdなどの金属あるいはこれらの２種類以上
の合金を使用することができる。また第１図に例示のよ
うに、高分子材料からなる弾性粒子5bの表面に、導電性
材料からなる被覆層5aを形成した導電性粒子５としても
よい。この場合、弾性粒子5bの高分子材料としては、た
とえばポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系
樹脂などの合成樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタ
ンゴムなどの合成ゴムが使用できる。

前記被覆層5aの導電性材料としては、Au、Ag、Pt、Cu、
Ni、Ｃ、In、Sn、PbおよびPdなどの金属、あるいはこれ
らの合金を１層もしくは２層以上として使用することが
できる。２層以上で被覆層5aを形成する場合には、弾性
粒子5bへの密着性に優れるたとえばNiなどの金属層を先
に形成し、さらにそのような金属の酸化防止のために、
Auなどの金属層を被覆することが好ましい。被覆方法と
しては、スパッタリング法、エレクトロンビーム法など
による蒸着法、あるいは無電解めっきなどの方法を用い
ることができる。

次に、第２図を参照して、本発明の一実施例を説明す
る。第２図（１）では、予め電極２および表面保護層３
が形成されている基板１において、この電極２および表
面保護層３の表面に、たとえばスピンコートあるいはロ
ールコートなどの方法によって、光硬化性の樹脂材料を
全面に塗布し、均一な層厚１を有する樹脂層８を形成
する。この樹脂層８は、塗布状態で粘度μ＝2000〜1000
00センチポアズ（cP）の粘性を有することが好ましい。

上述のように樹脂層８を塗布するためには、予め所定粘
度μに調整された光硬化性の樹脂材料を適当な溶剤で希
釈し、粘度が低下した状態で基板１に塗布する。これに
よって塗布する際の樹脂層８の層厚１が容易に制御で
き、また形成された樹脂層８の層厚１を基板１上で均
一に保持できる。

ところが一般に、光硬化性樹脂は溶剤を含浸した状態で
は、光照射による硬化が不充分となることが知られてい
る。そこで、光硬化性樹脂を塗布して樹脂層８を形成し
た基板１を、たとえば1mmTorr程度の真空中に、充分な
時間たとえば少なくとも１時間程度放置し、樹脂層８が
含む溶剤を充分に気化させる。これによって溶剤が気化
した樹脂層８は、自然状態の液状体となり、光硬化性が
改善し、予め調製した所定粘度μに回復する。

このような基板１上の樹脂層８としては、その層厚１
＝１〜20μｍ程度が好ましい。すなわち、樹脂層８の層
厚１は、基板１および電極２の平坦性や粗面性あるい
はうねりや反りなどといった特性を考慮して決めるべき
であり、電極の微細化やピッチ幅などの電極間隔に対応
して基本的には薄い方が好ましい。しかし前記層厚１
よりも薄いと、基板１の粗面性が後述する導電性粒子５
の散布時に粒子５の凹凸として現れ、マスク９による加
圧が不充分となり、電気的接続が不良となり易い。

また樹脂層８が、前記層厚１よりも大きい場合には、
対応することができる電極２の配線数が低下し、ピッチ
幅が増大する。

樹脂層８の材料としては、たとえばアクリル系やポリエ
ステル系の樹脂材料を基材とし、それに光硬化剤を混入
したもの、または前記基材に光反応性の基を付加して光
硬化性樹脂としたものなどが使用できる。

次に、第２図（２）に示されるように、樹脂層８上に導
電性粒子５をほぼ単層で配置する。これによって後述す
るように、他の回路基板と圧接したときに安定した接続
状態を達成できる。導電性粒子５を単層で配置するに
は、前述のような処理によって所定粘度μに調整された
樹脂層８上に、導電性粒子５の充分量を全面に一様に散
布する。この段階で導電性粒子５は、数段に積層した状
態であってもよい。

その後、空気または窒素ガスを基板１に吹付けるエアブ
ローやN₂ブローによって、樹脂層８にその粘着性によっ
て付着した導電性粒子５などの上に、単に積層して付着
している余分な導電性粒子５を除去する。あるいは、水
洗いによって余分な導電性粒子５を流出させてもよい。

上述のように樹脂層８上に導電性粒子５が単層で確実に
粘着するためには、樹脂層８が前記粘度μ＝2000〜1000
00cP程度の粘性を有していればよい。粘度μが上記の値
よりも高いと、逆に、樹脂層８への導電性粒子５の粘着
性が低下する。一方、上記の値よりも低粘度の樹脂層８
では、導電性粒子５の粘着が不充分となると共に、一旦
付着した導電性粒子５が樹脂層８から離間し、他の導電
性粒子５へ付着するなどして導電性粒子５同士で団塊状
になり易い。

次に、第２図（３）に示されるように、電極２に対応し
て透光領域7aと遮光領域7bとが選択的に形成されたマス
ク板９を、基板１に粘着した導電性粒子５側で対向さ
せ、電極２と透光領域7aとを位置合わせする。また基板
１の導電性粒子５に対して背面には、軟質ゴムなどの弾
性部材４を当接する。その後、このマスク板９を介して
基板１に紫外線20を照射する。この光照射による樹脂層
８の硬化に先立って、弾性部材４に対して矢符18方向
に、マスク板９によって導電性粒子５を電極２側へ押し
付ける。これによって導電性粒子５は、その一端が電極
２に当接した状態で樹脂層８の硬化に伴って固定され
る。

またマスク板９による前記加圧時に、導電性粒子５が電
極２に当接しなくても、予め光硬化性樹脂層８にたとえ
ばウレタン系やシリコーン系などの比較的軟らかい樹脂
材料を選択することによって、後述する他の回路基板と
の圧接時に、導電性粒子５が樹脂層８を貫通し、電極２
に接触させることができる。すなわち、そのような軟ら
かい樹脂材料としては、光硬化後でも、導電性粒子５の
硬さよりは軟らかく、加圧される前記粒子５によって塑
性変形が生じ、樹脂層８が押し分けられる程度の軟性を
有するものであればよい。

マスク板９の材質としては、加圧時に導電性粒子５から
の抗力によって反ることなく、均一に導電性粒子５を加
圧できるものが好ましい。そのような露光および加圧に
用いるマスク板９としては、たとえば透光性の厚手のガ
ラス板9a表面に金属層9bを蒸着法などによって全面に形
成し、これをフォトリソグラフィ法などによって選択的
にエッチングし、基板１の電極２の形状に対応したパタ
ーン形成を行う。これによってマスク板９には、金属層
9bの有無に従って前記透光領域7aと遮光領域7bとから成
るマスクパターンが形成される。このような金属層9bの
層厚l2としては、加圧時に当接する導電性粒子５の粒径
ｄに比べて充分小さく、加圧力の不均一を招くことのな
い程度たとえば数100nm以内であればよい。

マスク板９を介して導電性粒子５を含む樹脂層８を露光
し、加圧することによって、第２図（４）に示されるよ
うに、電極２上の導電性粒子５は硬化した樹脂層8aに固
定され、電極２上以外の導電性粒子５は未硬化の樹脂層
8bに埋設して保持される。

基板１上に配置される導電性粒子５は、その粒子ｄが樹
脂層８の層厚１に対して少なくとも２倍以上、好まし
くは層厚１の３〜20倍程度の均一粒径ｄ＝（３〜20）
×１であればよい。導電性粒子５の粒径ｄが層厚１
の２倍以下では、マスク板９を介して導電性粒子５を基
板１側へ押し付ける際に、樹脂層８がマスク板９に付着
し、汚損する恐れがある。また、このような粒径ｄは、
電極２の微細化およびピッチ幅の微小化に対応したもの
でなければならず、むやみに大きくすることは電気的接
続の信頼性の低下を招いてしまう。

またマスク板９と導電性粒子５との間に、ポリエチレ
ン、ポリカーボネート、テフロン、シリコーンなどの透
光性の樹脂フィルム、あるいはガラス板などの透光性部
材を介在させてもよい。これによって、マスク板９と導
電性粒子５とが直接に当接することがなく、したがって
直接当接して相互に加圧されることに起因したマスク板
９の損傷を防止し、保護することができる。

次に、このように電極２上にのみ選択的に紫外線20が照
射され、感光した樹脂層８に対して、溶剤を用いて現像
を行う。適当な溶剤としては、メチルエチルケトン，メ
チルイソブチルケトンやアセトンなどのケトン類、ある
いはキシレンやトルエンなどの溶剤が使用されるが、樹
脂層８がアクリル系のものに対してはケトン系の溶剤と
いったように、樹脂層８の特性に応じて溶剤の種類は適
宜決定されるべきものである。一般に、光硬化性樹脂の
硬化物は溶剤に対して溶け難くなるので、現像は容易で
ある。

すなわち、紫外線20が照射されて硬化した樹脂層8aにお
いては、紫外線20に基づく架橋反応などが生じており、
溶剤に対しては不溶性または難溶性である。一方、紫外
線20が照射されずに未硬化の樹脂層8bにおいては、前記
反応は生じておらず、溶剤によって容易に溶出し除去さ
れる。

これによって第１図に示されるように、電極２上にのみ
導電性粒子５が配置された半導体装置６が得られる。こ
のように半導体装置６において、導電性粒子５を電極２
に固定した樹脂層8aは、基板１上で突起した電極を微細
に構成する。したがって半導体装置６は、電極の微細化
に対応して高い信頼性で他の回路基板に接続できる。

第４図は第３図示の液晶表示装置10を切断面線IV−IVか
ら見た一部断面図であり、第５図は第４図の細部を詳細
に示す拡大断面図である。第４図および第５図を参照し
て、半導体装置６には、前述した本発明に従って、電極
２上の樹脂層8aに配置された導電性粒子５の一端が電極
２表面に接触し、その他端は樹脂層8aから突出した状態
で埋設して固定されている。一方、液晶表示板12の電極
13は、たとえばソーダガラスなどの表面上にITO（Indiu
m Tin Oxide）、あるいは接触抵抗を低減するためにNi
でめっきしたITOなどが形成されて成り、通常厚みは50
〜200nm程度である。

半導体装置６を液晶表示板12に実装するには、半導体装
置６の導電性粒子５から成る突起電極が形成された基板
１表面と、液晶表示板12の電極13が形成された表面とを
対向し、導電性粒子５と電極13とを位置合わせする。位
置合わせ終了後、基板1,12間には接着剤14を充填し、半
導体装置６を液晶表示板12に対して導電性粒子５および
接着剤14を介して矢符19方向に、電極2,13間が所定の間
隔l3となるまで加圧する。この加圧状態で接着剤14を硬
化させ、半導体装置６を液晶表示板12に実装する。

このように導電性粒子５が電極２上に配置された半導体
装置６を、液晶表示板12に圧接によって接続する際に、
両回路基板1,12に加えられた圧力19によって導電性粒子
５が樹脂層8aを貫通し、その一端が電極２に接触するよ
うにしてもよい。

接着剤14としては、たとえば反応硬化性、嫌気硬化性、
熱硬化性、光硬化性などの各種接着剤が使用できる。特
に本実施例では、液晶表示板12が透光性材料であるガラ
ス板から成るので、接着剤14には、高速接合可能な光硬
化性接着剤の使用が有効である。

このように、導電性粒子５を介して対応する電極2,13を
接続する際に、予め両回路基板1,12間に接着剤14を充填
し、硬化すれば、電気的接続部分が樹脂によって封止さ
れ、接続の信頼性が格段に向上する。

また、導電性粒子５を、前述した弾性粒子5b表面に導電
性被覆層5aを形成したもので実現すれば、回路基板接続
後に外部の温度変化などに伴う前記電気的接続部分の熱
変形などに導電性粒子５が追随して対応することができ
る。したがって接続の信頼性がさらに向上する。

本実施例においては、半導体装置６上に導電性粒子５を
配置する場合について説明したけれども、半導体装置に
限定する必要はなく、他の回路基板上に導電性粒子を配
置して圧接する場合についても本発明は広範囲に実施す
ることができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、簡単な方法によって回路
基板の電極上にのみ導電性粒子を配置できる。これによ
って電極の微細化に対応して、この導電性粒子によって
突起した電極が形成された回路基板と他の回路基板とを
圧接によって接続する場合の信頼性が向上する。したが
って生産性が向上し、コストが低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体装置６の断面図、第
２図は第１図示の半導体装置６の製造工程を説明する断
面図、第３図は半導体装置６が実装された液晶表示装置
10の断面図、第４図は第３図の切断面線IV-IVから見た
断面図、第５図は第４図の一部拡大断面図である。 １……基板、2,13,16……電極、５……導電性粒子、６
……半導体装置、7a……透光領域、7b……遮光領域、８
……樹脂層、10……液晶表示装置、18,19……加圧方
向、20……紫外線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極が形成された回路基板に光硬化性の樹
   脂材料を塗布して樹脂層を形成し、 前記樹脂層の層厚よりも大径の導電性の粒子を前記回路
   基板に散布し、 この導電性粒子が散布された回路基板の樹脂層に、光の
   透過領域と遮断領域とが選択的に形成された光の選択透
   過部材を介して電極部にのみ光を照射し、 前記樹脂層の硬化に先立って、前記選択透過部材によっ
   て導電性粒子を電極側に圧接し、 電極上以外に付着した導電性粒子は、前記樹脂層と共に
   除去するようにしたことを特徴とする電極上への導電性
   粒子の配置方法。