JPH1084002A - 半導体素子の接続構造、その構造を用いた液晶表示装置及びそれを用いた電子機器 - Google Patents
半導体素子の接続構造、その構造を用いた液晶表示装置及びそれを用いた電子機器Info
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Abstract
で、基板に対する半導体素子の接続状態を安定に保持で
きるようにする。 【解決手段】 基板13上に半導体IC7を接続する半
導体素子の接続構造において、基板13と半導体IC7
との間に介在して両者を接着する接着層31を設ける。
この接着層31は、基板13と半導体IC7とを接合す
る接合剤としてのACF32と、そのACF32の内部
に形成された空間33とを有する。IC7が熱等のため
に変形してもその変形は空間33によって吸収され、よ
って、バンプ28,29の接続状態が不安定になること
がない。
Description
子を接続するための半導体素子の接続構造、その構造を
用いた液晶表示装置及びその液晶表示装置を使用した電
子機器に関する。
ビ、パームトップコンピュータ、電子手帳、携帯電話機
等といった各種の電子機器において、可視情報を表示す
るために液晶表示装置が広く用いられている。この液晶
表示装置は、一般に、液晶パネルに液晶駆動用ICすな
わち半導体素子を接続し、さらにその液晶パネルにバッ
クライト、ケーシング等といった付帯部品を装着するこ
とによって構成される。ここにいう液晶パネルは、通
常、少なくとも2枚の液晶用基板によって挟まれた間隙
に液晶を充填し、必要に応じてさらに、偏光板、カラー
フィルタ等を装着することによって構成される。
法としては、従来より種々考えられており、例えば、C
OB(Chip On Board)方式やCOG(Chip On Glass)
方式等に基づいた接続方法が考えられる。COB方式で
は、配線パターンを形成した絶縁基板上にACF( Ani
sotropic conductive film)その他の接合剤を用いて液
晶駆動用ICを接続し、その絶縁基板をヒートシール等
を介して液晶パネルに接続する。一方、COG方式で
は、電極端子が形成されたガラス基板上にACF等を用
いて液晶駆動用ICを直接に接続する。COB方式及び
COG方式のいずれの場合でも、液晶駆動用IC等の半
導体素子は、絶縁基板や液晶用ガラス基板等といった基
板上に接続される。
用ICとの間にACFその他の接合剤が空隙無く均一に
充填されていた。そのため、液晶駆動用ICを圧着する
ときにそのICに反りが生じたり、温度変化に起因して
液晶駆動用IC及び/又は基板が変形するとき、基板上
の電極に接触する液晶駆動用ICのバンプ部分に過剰な
応力が発生し、その結果、電気接続状態が不安定になる
おそれがあった。また、そのような問題の発生を回避す
るためには、液晶駆動用ICの圧着条件を狭い許容範囲
内で厳しく管理しなければならず、従って、複雑な工程
管理を要求されていた。
ば、COB実装プリント回路板においてICチップと基
板との間に緩衝層としての柔軟性接着剤層を設けること
により、両者の間の接合信頼性を向上させた接続構造も
開示されている。しかしながら、この従来の接続構造で
は、緩衝作用を得るために専用の柔軟性接着層を形成し
なければならず、部品コスト及び製造コストが高くなる
という問題があった。
の接続構造における従来の問題点に鑑みて成されたもの
であって、極めて簡単な構成を付加するだけで、基板に
対する半導体素子の接続状態を安定に保持できるように
することを目的とする。
め、本発明に係る半導体素子の接続構造は、基板上に半
導体素子を接続する半導体素子の接続構造において、基
板と半導体素子との間に接着層を配設して両者を接着す
ると共に、その接着層を、基板と半導体素子とを接合す
るための接合剤と、その接合剤の内部に形成された空間
とによって構成することを特徴とする。
板が変形するときに、接合剤の中に形成した空間がそれ
らの変形に対応して自由に変形して半導体素子等の変形
を吸収する。その結果、半導体素子又は基板が変形する
場合でも半導体素子の電極部分に過剰な負荷が加わるこ
とを防止でき、よって、半導体素子の電気接続状態を安
定した良好な状態に保持できる。
Cチップ、LSIチップ等の素子が考えられる。また、
液晶表示装置を想定する場合には、半導体素子として液
晶駆動用IC等が考えられる。また、基板としては、C
OB方式の場合の絶縁基板、COG方式の場合の液晶用
透明基板、その他各種の接続方法に対応した各種の基板
が考えられる。また、接合剤としては、ACF( Aniso
tropic conductive film:異方性導電膜)や通常の接着
剤等が考えられる。
又は熱硬化性樹脂フィルムの中に導電粒子を分散させた
もので、熱圧着を受けることによって単一方向への導電
性を発揮するような接合剤である。一方、通常の接着剤
とは、主に基板と半導体素子とを機械的に接合させるだ
けで、電気的な接続の役割は持たない接着剤である。A
CFを用いる場合は、基板上の端子と半導体素子のバン
プとがACF内の導電粒子を介して電気的に接続され
る。一方、通常の接着剤を用いる場合は、基板上の端子
と半導体素子のバンプとが直接に接続されて電気的な導
通がとられ、その状態において通常の接着剤によって半
導体素子が基板に機械的に接着される。
液晶駆動用ICを考えると、その液晶駆動用ICの能動
面には複数のバンプが列状に並べられる。この列状の態
様としては種々考えられるが、例えば図2及び図7に示
すように、長手方向に列状(図では2列)に並べられた
一対のバンプ列28,29と、短手方向に列状(図では
2列)に並べられた一対のバンプ列28,28とによっ
て環状に配列されることがある。また、図8に示すよう
に、長手方向又は短手方向に関してだけ一対のバンプ列
28,29が設けられることもある。
子を基板上に接続する際には、図2に示すように、環状
のバンプによって囲まれる領域内の接合剤の中に空間3
3を形成したり、図7に示すように、個々のバンプ2
8,29の間やバンプ列の外側に空間33を形成したり
することができる。
大きい単一の空間であっても良いし、あるいは、容積の
小さい複数の空間を互いに近接して配置することによっ
て形成された空間であっても良い。
した半導体素子の接続構造を用いて構成される液晶表示
装置である。より具体的には、本発明に係る液晶表示装
置は、液晶を挟んで互いに対向する一対の液晶用基板
と、少なくとも一方の液晶用基板上に接続される半導体
素子と、液晶用基板と半導体素子との間に介在して両者
を接着する接着層とを有する液晶表示装置であって、そ
の接着層が、液晶用基板と半導体素子とを接合する接合
剤と、その接合剤の内部に形成された空間とを有するこ
とを特徴とする。
電子機器は、例えばナビゲーションシステム、テレビ、
パームトップコンピュータ、電子手帳、携帯電話機等と
いった各種の機器が具体例として考えられる。より具体
的には、複数の半導体駆動用出力端子と、それらの半導
体駆動用出力端子に接続される液晶表示装置と、入力装
置などを有する電子機器であって、その液晶表示装置
は、液晶を挟んで互いに対向する一対の液晶用基板と、
少なくとも一方の液晶用基板上に接続される半導体素子
と、液晶用基板と半導体素子との間に介在して両者を接
着する接着層とを有する。そしてその接着層は、液晶用
基板と半導体素子とを接合する接合剤と、その接合剤の
内部に形成された空間とを有する。
置を用いた電子機器の一実施形態である、携帯電話機の
一例を示している。この携帯電話機は、上部筐体1及び
下部筐体2を有する。上部筐体1の中には、キーボード
10等を制御するためのPCB(Printed Circuit Boar
d )等が含まれる。また、下部筐体2の中には、コント
ロール用LSI等を搭載した制御回路基板3及びその回
路基板3を搭載した本体基板4が収納される。本体基板
4の上には本発明に係る液晶表示装置5が装着される。
本体基板4の表面には、複数の半導体駆動用出力端子6
が配線パターンとして形成されている。液晶表示装置5
はその内部に液晶駆動用IC7、すなわち半導体素子を
有しており、液晶表示装置5を本体基板4の上に装着し
た状態で液晶駆動用IC7が半導体駆動用出力端子6に
電気的に接続される。下部筐体2の中に液晶表示装置5
その他の必要機器を配設し、その後、上部筐体1を上方
から被せることにより携帯電話機が完成する。なお、符
号20はスピーカを示している。
に、液晶パネル8、バックライトユニット9、シールド
ケース11及び弾性体コネクタ12を有する。液晶パネ
ル8は、図3に示すように、透明なガラスによって形成
された第1液晶用基板13及び同じく透明なガラスによ
って形成された第2液晶用基板14を有する。第1液晶
用基板13の内側表面には透明電極18が形成され、一
方、第2液晶用基板14の内側表面には透明電極19が
形成される。これらの電極は、いずれも、ITO(Indi
um Thin Oxide )その他の透明導電材料によって形成さ
れる。
4のそれぞれの外側表面には、偏光板16a及び偏光板
16bが貼り付けられる。第1液晶用基板13と第2液
晶用基板14とは環状のシール剤17によって所定の間
隙、いわゆるセルギャップをもって液密状態に接着され
る。そして、このセルギャップ内に液晶が封入される。
第1液晶用基板13のうち第2液晶用基板14の外側
(図3の右側)に張り出す部分13aの内側表面の右端
部には半導体入力用端子21が形成される。半導体素子
としての液晶駆動用IC7は接着層31によって第1液
晶用基板13の上に直接に接着され、これにより、IC
7の出力用バンプ28が透明電極18に接続し、他方、
IC7の入力用バンプ29が半導体入力用端子21に接
続する。
C7が液晶パネル8を構成する液晶用基板13の上に直
接に接合される形式の液晶表示装置、すなわちCOG
(ChipOn Glass)型液晶表示装置が用いられている。
は、導光体22及びその左端に固着された複数、例えば
4個のLED(Light Emitting Diode:発光ダイオー
ド)23を有する。導光体22の右端部には、図4にも
示すように、弾性体コネクタ12をガイドするための手
段として作用する直方体形状のガイド穴24が形成され
る。このガイド穴24は、図3に示すように、弾性体コ
ネクタ12を隙間なく収納できる大きさに形成される。
に、電気絶縁性を備えた弾性材料、例えばシリコンゴム
によって、断面半円形状の柱状に形成された弾性基部2
5と、その弾性基部25の半円状外周表面に互いに平行
に設けられた多数の導電部26とを有する。互いに隣り
合う2つの導電部26の間は弾性材料によって非導電部
となっており、その非導電部の幅は、例えば15μm〜
25μm程度に保持される。図中の符号Wは、互いに隣
り合う導電部26間の間隔、いわゆる導電部間ピッチを
示しており、通常は、W=30μm〜50μm程度に設
定される。
(図6)の本体基板4に装着する際には、図4におい
て、弾性体コネクタ12を導光体22のガイド穴24の
中に挿入し、バックライトユニット9を本体基板4上の
所定位置に置き、液晶パネル8をバックライトユニット
9上の所定位置に置き、シリコンゴムその他の弾性体に
よって形成した加圧用部材30を間に入れた状態でシー
ルドケース11を液晶パネル8及びバックライトユニッ
ト9の上に被せ、そして図3に示すように、カシメ用ス
トッパ27を変形させることによって本体基板4とシー
ルドケース11とを締め付けて固定する。このとき、弾
性体コネクタ12は加圧用部材30の働きによって図3
の上下方向に圧縮されて弾性変形し、その結果、導電部
26(図5参照)は、弾性基部25の弾性復元力によっ
て、液晶パネル8側の半導体入力用端子21と本体基板
4側の半導体駆動用出力端子6の両方にしっかりと接触
する。なお、弾性体コネクタ12を圧縮する方法に関し
ては、加圧用部材30のような専用の部品を用意するの
に代えて、シールドケース11の対応する個所を内側へ
突出するように変形させてシールドケース11の該部に
リブを形成し、そのリブによって弾性体コネクタ12を
圧縮することもできる。
すると、制御回路基板3(図6)から半導体駆動用出力
端子6、弾性体コネクタ12(図3)及び半導体入力用
端子21を通して液晶駆動用IC7へ電気信号及び液晶
駆動用電力が供給され、それに基づいて液晶駆動用IC
7によって電極18及び19への印加電圧が制御され
る。そして、この電圧制御により、液晶パネル8の有効
表示領域に可視像が表示される。
入力用端子21と携帯電話機側の半導体駆動用出力端子
6との間に弾性体コネクタ12を配置するだけで両者を
電気的に接続できるので、組立作業が非常に簡単であ
る。また、弾性体コネクタ12をガイド穴24の中に配
置したので、弾性体コネクタ12に力が加わったときに
その弾性体コネクタ12が撓み、座屈などといった変形
を生じることがなく、従って、半導体入力用端子21と
半導体駆動用出力端子6との間の電気接続状態を常に安
定状態に保持できる。
駆動用IC7が接着層31によって第1液晶用基板13
上に接着される。そしてその接着層31は、接合剤とし
てのACF( Anisotropic conductive film:異方性導
電膜)32及びそのACF32の内部に形成された複数
個の空間33によって構成される。ACF32は、接着
性樹脂フィルムの中に多数の導電粒子34を分散させる
ことによって形成されており、IC7の出力用バンプ2
8が導電粒子34を介して透明電極18に電気的に接続
され、他方、入力用バンプ29が導電粒子34を介して
半導体入力用端子21に電気的に接続される。また、バ
ンプ28、バンプ29及び各端子間は、接着性樹脂によ
って絶縁状態に保持される。
ら液晶駆動用IC7の接合部分を見た状態を示してい
る。この図から明らかなように、複数の空間33は、長
手方向に2列に並べられたバンプ28,29と、短手方
向に2列に並べられたバンプ28,28とによって囲ま
れる領域内、すなわち環状に配列された複数のバンプ2
8,29によって囲まれる領域内に互いに近接した状態
で位置している。一般に、液晶駆動用IC7を基板13
上に接合する際には、液晶駆動用IC7と基板13との
間にACF32を挟んだ状態でIC7を加熱しながら基
板13に所定圧力で押し付ける。この加熱及び加圧処理
の際、液晶駆動用IC7は反りを生じることがあり、そ
のような反りが発生すると、バンプ28及び29の接続
部に過剰な応力が発生して電気的な接続状態が不安定に
なるおそれがある。また、液晶駆動用IC7に温度変化
が生じるときにも、そのIC7及び/又は基板13が変
形することによってバンプ28及び29の接続状態が不
安定になるおそれがある。これに対し、本実施形態のよ
うにACF32の内部に空間33を設けておけば、液晶
駆動用IC7が変形するときには、その変形に従ってそ
れらの空間33が自由に変形してそのIC7の変形を吸
収でき、その結果、バンプ28及び29の接続部分に過
剰な応力が発生することを防止できる。
めの方法は特定の方法に限定されないが、例えば、液晶
駆動用IC7を基板13に圧着する際の圧着条件を使用
する液晶駆動用IC7に対応した適切な条件に設定する
ことにより、そのような空間33を得ることができる。
そのような圧着条件の一例として次のような条件が挙げ
られる。
(セイコーエプソン株式会社製) このICの形状は、図2において、L×W=7.7mm
×2.8mmであり、バンプ数は約200個であり、バ
ンプサイズは80μm×120μmである。
ケミカル株式会社製) (3)ACFの加熱温度:180〜230℃(中心温度
=200〜210℃) IC7を高温に加熱された加圧ヘッドで押し付けること
によりACFを加圧及び加熱する場合には、その加圧ヘ
ッドの温度を260〜360℃(中心温度=300℃程
度)とすることにより、上記のACFの温度が得られ
る。
20kgf (5)加圧ヘッドの加圧時間:10秒 以上の(1)〜(5)の条件の下に液晶駆動用IC7を
基板13上に接合したところ、図2に示すような複数の
空間33がACF32の内部に形成された。
例を示している。この変形例が図2に示した先の実施形
態と異なる点は、長手方向のバンプ列28,29の間及
び短手方向のバンプ列28,28の間に空間33を設け
るだけでなく、個々のバンプの間及び一対のバンプ列の
外側に空間33を設けたことである。空間33をこのよ
うに配置した場合でも、基板に対する半導体素子の接続
状態を安定に保持できる。
ている。この変形例が図2に示した先の実施形態と異な
る点は、複数のバンプ28,29を環状に配列するので
はなくて、長手方向に関してだけ列状に配列した点であ
る。この変形例では、バンプ列28,29の間に複数の
空間33を設けてあるが、これに代えて又はこれに加え
て、個々のバンプの間及び/又はバンプ列の外側に空間
33を設けることもできる。
説明したが、本発明はその実施形態に限定されるもので
なく、請求の範囲に記載した技術的範囲内で種々に改変
できる。
び液晶表示装置は、携帯電話機以外の電子機器、例え
ば、ナビゲーションシステム、テレビ、パームトップコ
ンピュータ、電子手帳等といった、可視情報の表示を必
要とする各種の機器に対して使用できる。
( Chip On Glass)型液晶表示装置に本発明を適用した
場合の実施形態であるが、本発明はそれ以外の形式の液
晶表示装置、例えばCOB(Chip On Board)型液晶表
示装置等に対しても適用できる。また、図3〜図5に示
した実施形態では、電子機器としての携帯電話機側の出
力用端子6と液晶パネル8側の入力用端子21とを弾性
体コネクタ12によって電気的に接続したが、両者を接
続するための接続方法はこれに限られない。例えば、F
PC(Flexible Printed Circuit)を用いて両端子を接
続する場合も本発明に含まれる。
導電粒子34を含むACF32によって構成したが、こ
れに代えて、導電粒子を含まない接着剤を用いて構成す
ることもできる。この場合には、その接着剤の内部に空
間33が形成される。またこの場合には、液晶駆動用I
C7のバンプと液晶パネル側の電極端子とが直接に接続
される。
請求項6記載の液晶表示装置及び請求項10記載の電子
機器によれば、接合剤の内部に空間を設けるという極め
て簡単な構成を付加するだけで、基板に対する半導体素
子の接続状態を安定に保持できる。特別な柔軟層又は緩
衝層等を設ける必要がないので、構造が簡単であり、製
作も簡単である。
請求項7記載の液晶表示装置によれば、半導体素子が変
形するときにバンプの接続部分に生じる応力を非常に効
果的に低減できる。
請求項8記載の液晶表示装置によれば、容積の大きい単
一の空間を設ける場合に比べて、半導体素子等に生じる
変形をより効果的に吸収できる。
請求項9記載の液晶表示装置によれば、導電粒子を分散
した状態で含む接合剤を用いる場合でも、半導体素子の
接続状態を安定に保持できる。
れば、半導体素子又は基板が変形しても半導体素子の電
極部分の接続状態が不安定になることを防止できる。
態を示す断面図である。
部分を示す平面図である。
側面断面図である。
に接続するための弾性体コネクタの一例を示す斜視図で
ある。
電話機を示す分解斜視図である。
す平面図である。
である。
Claims (10)
- 【請求項1】 基板上に半導体素子を接続する半導体素
子の接続構造において、基板と半導体素子との間に介在
して両者を接着する接着層を有しており、 その接着層は、基板と半導体素子とを接合する接合剤
と、その接合剤の内部に形成された空間とを有すること
を特徴とする半導体素子の接続構造。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体素子の接続構造に
おいて、半導体素子は列状に並べれられた複数のバンプ
を有し、そして上記空間は、それらのバンプ列の間、そ
れらのバンプ列の外側及び個々のバンプの間又はそれら
の少なくともいずれか1つの領域内に形成されることを
特徴とする半導体素子の接続構造。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の半導体素子
の接続構造において、上記空間は、複数個の空間を互い
に近接して配置することによって構成されることを特徴
とする半導体素子の接続構造。 - 【請求項4】 請求項1から請求項3のうちのいずれか
1つに記載の半導体素子の接続構造において、接合剤
は、樹脂フィルムの中に導電粒子を分散させて形成した
異方性導電膜であることを特徴とする半導体素子の接続
構造。 - 【請求項5】 基板上に半導体素子を接続する半導体素
子の接続構造において、基板と半導体素子との間に介在
して両者を接着する接着層を有しており、 その接着層は、半導体素子又は基板の変形を吸収する作
用を有することを特徴とする半導体素子の接続構造。 - 【請求項6】 液晶を挟んで互いに対向する一対の液晶
用基板と、少なくとも一方の液晶用基板上に接続される
半導体素子と、液晶用基板と半導体素子との間に介在し
て両者を接着する接着層とを有する液晶表示装置におい
て、 上記接着層は、液晶用基板と半導体素子とを接合する接
合剤と、その接合剤の内部に形成された空間とを有する
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項7】 請求項6記載の液晶表示装置において、
半導体素子は列状に並べれられた複数のバンプを有し、
そして上記空間は、それらのバンプ列の間、それらのバ
ンプ列の外側及び個々のバンプの間又はそれらの少なく
ともいずれか1つの領域内に形成されることを特徴とす
る液晶表示装置。 - 【請求項8】 請求項6又は請求項7記載の液晶表示装
置において、上記空間は、複数個の空間を互いに近接し
て配置することによって構成されることを特徴とする液
晶表示装置。 - 【請求項9】 請求項6から請求項8のうちのいずれか
1つに記載の液晶表示装置において、接合剤は、樹脂フ
ィルムの中に導電粒子を分散させて形成した異方性導電
膜であることを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項10】 複数の半導体駆動用出力端子と、それ
らの半導体駆動用出力端子に接続される液晶表示装置と
を有する電子機器において、 上記液晶表示装置は、液晶を挟んで互いに対向する一対
の液晶用基板と、少なくとも一方の液晶用基板上に接続
される半導体素子と、液晶用基板と半導体素子との間に
介在して両者を接着する接着層とを有しており、そして
上記接着層は、液晶用基板と半導体素子とを接合する接
合剤と、その接合剤の内部に形成された空間とを有する
ことを特徴とする電子機器。
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