JP3365367B2 - Ｃｏｇ実装品および接続材料 - Google Patents

Ｃｏｇ実装品および接続材料

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス基板に半導
体チップを直接接続したＣＯＧ（Chip on Glass）実装
品、特に液晶表示装置等に用いられるＣＯＧ実装品なら
びに実装用の接続材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶表示装置（以下、ＬＣＤとい
う場合がある）においては、ガラス基板にドライバーＩ
Ｃのような半導体パッケージを実装していたが、軽薄短
小化の要求から、ガラス基板に直接半導体チップを実装
したＣＯＧ実装品が用いられるようになってきた。ＣＯ
Ｇ実装品には異方導電性接続材料（以下、ＡＣＦという
場合がある）を用いてガラス基板と半導体チップの相対
する電極を接続している。
【０００３】ＡＣＦはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と
導電性粒子を主成分としており、これをガラス基板と半
導体チップ間に介在させた状態で両側から加圧して加熱
することにより、熱硬化性樹脂を流動させて硬化する。
これにより、相対する多数の電極は導電性粒子と接触す
ることにより電気的接続が得られ、電極のない部分では
熱硬化性樹脂の硬化により機械的な固着が得られる。
【０００４】ＡＣＦの接着強度は熱硬化性樹脂の硬化収
縮によって得られるが、この硬化収縮によりＡＣＦの界
面に応力が発生する。ＡＣＦの接着強度を大きくするた
めには弾性率の高い樹脂が用いられるが、このような樹
脂は、硬化収縮率が大きく、界面における応力が大きく
なる。この応力はガラス基板が厚い場合は残留応力とし
て内部に残るが、薄い場合にはガラス基板に反り等の変
形を生じさせることになる。軽薄短小化の要求によりガ
ラス基板の薄型化の要求があるが、薄いガラスを用いる
とＣＯＧ実装品が変形し、ＬＣＤの場合表示不良の原因
になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、接着
強度を大きくしても界面への応力集中を少なくでき、薄
型のガラス基板を用いる場合でも、反り等の変形を小さ
くすることができ、しかも優れた接着強度と電気的接続
性を有するＣＯＧ実装品を提供することである。本発明
の他の課題は、上記のようなＣＯＧ実装品を得ることが
可能なＣＯＧ実装用接続材料を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は次のＣＯＧ実装
品および接続材料である。 （１） ガラス基板に半導体チップを直接接続したＣＯ
Ｇ実装品用の接続材料であって、熱硬化性樹脂およびエ
ラストマー微粒子を含有する接着剤成分ならびに導電性
粒子を含み、硬化後の２５℃における引張伸び率が５％
以上であるＣＯＧ実装品用接続材料。 （２） 接着剤成分は平均粒径３０〜３００ｎｍのエラ
ストマー微粒子を６〜９０重量％含む上記（１）記載の
接続材料。 （３） 導電性粒子は接着剤成分に対して２〜４０容量
％含まれる上記（１）または（２）記載の接続材料。 （４） 熱硬化性樹脂およびエラストマー微粒子を含有
する接着剤成分ならびに導電性粒子を含み、硬化後の２
５℃における引張伸び率が５％以上である接続材料を介
してガラス基板に半導体チップを直接接続したＣＯＧ実
装品。 （５） 接着剤成分が平均粒径３０〜３００ｎｍのエラ
ストマー微粒子を６〜９０重量％含む上記（４）記載の
ＣＯＧ実装品。 （６） 接続材料が導電性粒子を接着剤成分に対して２
〜４０容量％含む上記（４）または（５）記載のＣＯＧ
実装品。 （７） ＣＯＧ実装品が液晶表示装置である上記（４）
ないし（６）のいずれかに記載のＣＯＧ実装品。
【０００７】本発明のＣＯＧ実装品はＬＣＤ等のガラス
基板に接続材料を介してＩＣドライバー等の半導体チッ
プを接続した実装品である。ガラス基板はその厚さに制
限はないが、１．２ｍｍ以下、特に０．９ｍｍ以下程度
の厚さのガラス基板に適用するのに適している。ガラス
基板は透明電極としてのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜
のような電極を表面に形成し、半導体チップはガラス基
板の電極に相対する位置にバンプ等の電極を形成し、こ
れらの電極を対向させた状態で接続材料により接続され
る。このようなＣＯＧ実装品はＬＣＤが典型的である
が、これに限らない。
【０００８】本発明の接続材料は熱硬化性樹脂およびエ
ラストマー微粒子を含有する接着剤成分ならびに導電性
粒子を含み、この接続材料を被接続部材間に介在させ、
両側から加圧して相対する電極を押しつけて導電性材料
と接触させ、樹脂を電極の存在しない部分に集め、この
部分では導電性粒子を分散させた状態で硬化させて接着
することにより、電気的接続と機械的固着を行うように
構成される。上記の接続材料は硬化後の２５℃における
引張伸び率が５％以上になるように、上記の各成分を配
合することができる。
【０００９】本発明の接続材料の接着剤成分に用いる熱
硬化性樹脂の主剤樹脂としてはエポキシ樹脂、ウレタン
樹脂、フェノール樹脂、水酸基含有ポリエステル樹脂、
水酸基含有アクリル樹脂など、硬化剤との併用により加
熱下またはＵＶ等の光照射下により硬化する樹脂が制限
なく使用できるが、特にその硬化温度、時間、保存安定
性等のバランスからエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ
樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、エポキ
シノボラック樹脂または分子内に２個以上のオキシラン
基を有するエポキシ化合物等が使用できる。これらの樹
脂には市販品がそのまま使用できる。
【００１０】上記の熱硬化性樹脂の主剤樹脂は一般に硬
化剤と併用することにより硬化反応を行うことができる
が、主剤樹脂に硬化反応に寄与する官能基が結合してい
る場合は硬化剤を省略することができる。硬化剤として
はイミダゾール、アミン、酸無水物、ヒドラジッド、ジ
シアンジアミド、これらの変性物など、加熱、光照射等
により主剤樹脂と反応して硬化反応を行うものが使用で
き、市販品でもよい。このような硬化剤としては潜在性
硬化剤が好ましい。
【００１１】潜在性硬化剤は常温における製造、保存な
らびに比較的低温（４０〜１００℃）による乾燥時には
硬化反応を行わず、硬化温度における加熱加圧（熱圧
着）またはＵＶ等の光照射により硬化反応を行う硬化剤
である。このような潜在性硬化剤としてはイミダゾー
ル、アミン等の上記の硬化剤成分をマイクロカプセル化
したものなどが特に好ましく、市販品をそのまま使用す
ることもできる。熱活性の場合、硬化開始温度としては
８０〜１５０℃のものが好ましい。
【００１２】本発明の接続材料の接着剤成分に用いるエ
ラストマー微粒子としては、Ｔｇ（ガラス転移温度）が
５０℃以下、好ましくは３０℃以下であり、室温でゴム
弾性を有する天然または合成ゴムの微粒子が使用でき、
例えば天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブ
タジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢ
Ｒ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブ
タジエンゴム（ＮＢＲ）などがあげられる。これらのゴ
ムは架橋ゴムが使用されるが、Ｔｇが３０℃以下であれ
ば熱可塑性エラストマーも使用できる。エラストマー微
粒子の平均粒径は３０〜３００ｎｍ、好ましくは５０〜
２００ｎｍが好適である。これらのエラストマー微粒子
も市販品がそのまま使用可能である。
【００１３】本発明では接続材料に塗布性あるいはフィ
ルム形成性を付与することを目的とした熱可塑性高分子
材料を接着剤成分に配合することができる。このような
熱可塑性高分子材料としてはフェノキシ樹脂、ポリエス
テル樹脂、アクリル樹脂等が使用できる。このほか本発
明の接着剤成分には界面活性剤、カップリング剤、老化
防止剤等の添加剤を配合することができる。
【００１４】上記の接着剤成分とともに接続材料に配合
される導電性粒子としては、はんだ、ニッケル等の金属
粒子、高分子核材粒子をメッキ等により導電材で被覆し
た導電被覆粒子、またはこれらの導電性の粒子を絶縁性
樹脂で被覆した絶縁被覆導電粒子などが使用できる。こ
れらの導電性粒子の平均粒径は１〜２０μｍ、好ましく
は３〜１０μｍとすることができる。
【００１５】本発明の接続材料において、接着剤成分は
熱硬化性樹脂を１０〜９４重量％、好ましくは４０〜７
０重量％、熱可塑性高分子材料を０〜５０重量％、好ま
しくは５〜３０重量％、エラストマー微粒子を６〜９０
重量％、好ましくは８〜３０重量％、他の添加剤を０〜
１０重量％、好ましくは０〜５重量％含むことができ
る。導電性粒子はこれら接着剤成分に対して２〜４０容
量％、好ましくは５〜２５容量％配合することができ
る。
【００１６】本発明の接続材料はペースト状またはフィ
ルム状の形態の製品とすることができる。ペースト状と
する場合は上記の各成分を選択することにより無溶媒で
ペースト状とすることもできるが、一般的には各成分を
溶媒に溶解または分散させてペースト状とすることがで
きる。溶媒としては、アルコール、ケトン、エステル、
エーテル、フェノール類、アセタール、窒素含有炭化水
素のような溶媒が使用でき、例えば、トルエン、ＭＥ
Ｋ、酢酸エチル、セロソルブアセテート等があげられ
る。溶媒の使用量は、樹脂成分に対して２０〜４０重量
％程度である。フィルム状とする場合は上記のペースト
を剥離シートにフィルム状に塗布し、溶媒を揮発させる
ことにより成形することができる。
【００１７】本発明の接続材料は硬化後の２５℃におけ
る引張り伸び率が５％以上、好ましくは６〜２０％とな
るように前記各成分の種類および量を選ぶことにより、
薄いガラス基板でも反りを少なくすることができ好まし
い。また３０℃における弾性率が０．９〜３ＧＰａ、好
ましくは０．９〜２ＧＰａ、Ｔｇが１００℃以上、好ま
しくは１１０〜１６０℃となるように各成分を選ぶこと
により接着強度および電気的接続信頼性を高くすること
ができる。
【００１８】上記の各特性の測定法は次の通りである。 引張り伸び率：ＪＩＳ Ｋ７１６１ 弾性率：ＤＭＡ法 Ｔｇ：弾性率測定時のtanδのピーク温度をＴｇとする
【００１９】上記の接続材料を相対する電極を有する被
接続部材としてのガラス基板と半導体チップ間に介在さ
せた状態で、被接続部材の両側から加圧、加熱して、樹
脂を硬化させることにより接続を行う。接続材料がペー
スト状の場合はガラス基板と半導体チップの電極を含む
接続領域に接続材料を塗布し、乾燥後あるいは乾燥する
ことなく他のガラス基板と半導体チップを重ねて圧着
し、硬化させる。接続材料がフィルム状の場合は、接続
材料をガラス基板と半導体チップ間に介在させて加圧、
加熱、硬化を行う。硬化は加熱のほかＵＶ等の光照射に
よって行うこともできる。
【００２０】上記の接続の工程では、ガラス基板と半導
体チップ間に接続材料を介在させた状態で加熱して接続
材料の樹脂を溶解させ加圧すると、接続材料の樹脂は電
極の対向する部分から電極のない部分に流れ、導電粒子
が電極間に残って電極間に接触して圧着する。電極のな
い部分に流れた接着剤成分はその部分で硬化してガラス
基板と半導体チップ間を固着する。これにより電極間の
電気的接続とガラス基板と半導体チップ間の機械的固着
が行われる。本発明の接続材料を用いることにより、電
極のピッチ、面積および間隔が狭い場合でも機械的固着
および電気的接続は良好に行われる。
【００２１】上記によりガラス基板に半導体チップを実
装したＣＯＧ実装品は接続材料の伸びが大きいため樹脂
の硬化収縮による界面への応力集中がない。このためガ
ラスの反り等の変形は発生せずＬＣＤとして利用する場
合でも画像の表示不良は生じない。また優れた接着性と
電気的接続信頼性が得られ、長期にわたり電極間の導通
不良は発生しない。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、熱硬化性樹脂およびエ
ラストマー微粒子を含む接着剤成分と導電性粒子とを含
み、硬化後の引張り伸び率が５％以上となるようにした
ので、接着強度を大きくしても界面への応力集中を少な
くでき、薄型のガラス基板を用いる場合でも、反り等の
変形を小さくすることができ、しかも優れた接着強度と
電気的接続性を有するＣＯＧ実装品および接続材料が得
られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１（ａ）は実施形態のＣＯＧ実装品
の実装中の状態を示す模式的断面図、（ｂ）は実装後の
状態を示す模式的断面図である。
【００２４】図1において、１はＬＣＤに用いられるガ
ラス基板で、電極としてのＩＴＯ膜２を有する。３はド
ライバーＩＣの半導体チップで電極としてのバンプ４を
有する。電極としてのＩＴＯ膜２およびバンプ４は相対
する位置に設けられ、図1（ａ）のように対向した状態
でフィルム状の接続材料５を挟んで実装する。接続材料
５は熱硬化性樹脂を含有する樹脂とエラストマー微粒子
を含む接着剤成分６と導電性粒子７とから形成される。
ペースト状接続材料を用いるときはガラス基板１にコー
ティングする。
【００２５】実装方法は図１（ａ）に示すように、ガラ
ス基板１の半導体チップ３の領域ｕよりも大きい領域ｖ
に接続材料５を載せ、これを挟むように半導体チップ３
を対向させて置き、接続材料５を加熱しながら矢印ｘｙ
方向に加圧する。これにより接続材料５の接着剤成分６
は溶融して、電極２、４が存在しない部分のガラス基板
１と半導体チップ３間の間隙８に流れて硬化し、図１
（ｂ）に示すようなＣＯＧ実装品１０が得られる。
【００２６】ＣＯＧ実装品１０はＩＴＯ膜２とバンプ４
間に導電性粒子７が残留して接触し、この状態で接着剤
成分６が硬化収縮してＩＴＯ膜２とバンプ４が導電性粒
子７を圧着し、電気的接続状態を保つ。接続材料５とし
て前記の特性を有するものを用いることにより、優れた
接着強度と電気的接続信頼性を得ることができるととも
に、硬化状態で引張り伸び率が大きいため硬化収縮によ
る応力は接着界面に生じることはない。このためガラス
基板１のｕないしｖの領域に反り等の変形が生じること
がなく、ＬＣＤとして用いる場合の画像の表示不良を生
じることがない。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の実施例および比較例について
説明する。
【００２８】実施例１〜４、比較例１〜３ （接続材料の調製）熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂Ａ
（大日本インキ化学工業社製、４０３２Ｄ、商品名）、
エポキシ樹脂Ｂ（東都化成社製、ＹＤ１２８、商品
名）、硬化剤としてイミダゾール系硬化剤（旭化成社
製、ＨＸ−３９４１ＨＰ、商品名）、エラストマー微粒
子としてポリブタジエンゴム微粒子（クラレ社製、平均
粒径８０ｎｍ）、Ｔｇ５０℃以下の熱可塑性樹脂として
アクリル樹脂（藤倉化成社製、ＳＧ８０、商品名、Ｔ
ｇ：−２５℃）、Ｔｇ５０℃を超える熱可塑性高分子材
料としてフェノキシ樹脂（東都化成社製、ＹＰ５０、商
品名、Ｔｇ：８０℃）、導電性粒子として導電被覆粒子
（日本化学工業社製、ＥＨ２０ＧＮＲ、商品名、粒径５
μｍ）を表１の組成で用い、溶媒としてトルエンに溶解
させてペースト状の接続材料とした。これを剥離処理の
施されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からな
る剥離フィルム上に乾燥膜厚４０μｍとなるようにコー
ティングし、８０℃の熱風循環式オーブン中に５分間放
置してフィルム状の接続材料を得た。
【００２９】（物性試験）弾性率の測定方法は、未硬化
の接続材料を６ｃｍ×０．２ｃｍの大きさに切り出し、
１８０℃で１５分間硬化後ＰＥＴフィルムから剥してサ
ンプルとした。試験機としてオリエンテック社製バイブ
ロンＤＤＶ０１ＦＰ（商品名）を用いチャック間距離５
ｃｍ、測定周波数１１Ｈｚ、昇温速度３℃／ｍｉｎで測
定した。この弾性率測定時のtanδのピーク温度をＴｇ
とした。
【００３０】（引張試験）引張試験の測定方法は、未硬
化の接続材料を１ｃｍ×１５ｃｍの大きさにカッターナ
イフを用いて切り出し、１８０℃の熱風循環式オーブン
中で１５分間硬化後、ＰＥＴフィルムから剥がしてサン
プルとした。引張試験機として島津社製オートグラフＡ
ＧＳ−Ｈおよびビデオ式伸び計ＤＶＥ−２００を用い、
引張速度１ｍｍ／ｍｉｎ、チャック間距離１０ｃｍ、標
線間距離５ｃｍ、測定温度２３℃で引張り伸び率を測定
した。
【００３１】（接続試験） ＩＣチップ（材質：シリコン、寸法：２ｍｍ×２０ｍ
ｍ、厚さ：０．５５ｍｍｔ、バンプ：金スタッド、バン
プ厚：２０μｍｔ、ピッチ：８０μｍ）を、上記フィル
ム状接続材料を介してガラス基板（コーニング社製、１
７３７Ｆ、商品名、５０ｍｍ×１０ｍｍ×０．７ｍｍ）
に接続した。ガラス基板は厚さ０．７ｍｍのガラス基板
（コーニング社製、１７３７Ｆ、商品名、寸法：５０ｍ
ｍ×１０ｍｍ）にＩＣチップのバンプに対応してＩＴＯ
膜を形成したものである。上記ガラス基板上に図1
（ａ）に示すように接続材料を介してＩＣチップをバン
プとＩＴＯ膜が対向するように重ね２００℃×１０秒×
推力９８Ｎ（１０ｋｇｆ）の推力で圧着加熱して接続
し、図1（ｂ）のＣＯＧ実装品を得た。上記接続体につ
いて、ＪＩＳ Ｋ ６８５３（接着剤の割裂接着強さ試
験）に準じて割裂接着強さを測定して接着強度とした。
電気的接続信頼性については、４端子法にて、初期およ
び８５℃８５％ＲＨ雰囲気下に１０００ｈｒ放置後の接
続抵抗を測定し、測定端子４０箇所の平均値で表示し
た。
【００３２】（反り量の測定）上記ＣＯＧ実装品につい
て、触針式表面粗度計（小阪研究所社製、ＳＥ−３Ｈ、
商品名）を用いて、図１（ｂ）の実装品１０のガラス基
板１の下側から、図１（ａ）の領域ｕの範囲でスキャン
し、チップ圧着後のガラス面の反り量を測定した。結果
を表１に示す。
【００３３】
【表１】 ＊１：接着剤成分に対する容量％
【００３４】表１の結果より、実施例１〜４の接続材料
は反り量が小さくかつ優れた接着性を示し、電気的接続
信頼性についても優れた結果が得られている。これに対
して各特性が本発明の範囲を満足しない比較例１〜３
は、反り量が大きく、接続強度および電気的接続性につ
いても劣っていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は実施形態のＣＯＧ実装品の実装中の状
態を示す模式的断面図、（ｂ）は実装後の状態を示す模
式的断面図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板 ２ ＩＴＯ膜 ３ 半導体チップ ４ バンプ ５ 接続材料 ６ 接着剤成分 ７ 導電性粒子 ８ 間隙 １０ ＣＯＧ実装品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−258830（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−226773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−237372（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−505178（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01R 11/01 H01R 4/04

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガラス基板に半導体チップを直接接続し
    たＣＯＧ実装品用の接続材料であって、 熱硬化性樹脂およびエラストマー微粒子を含有する接着
    剤成分ならびに導電性粒子を含み、硬化後の２５℃にお
    ける引張伸び率が５％以上であるＣＯＧ実装品用接続材
    料。
  2. 【請求項２】 接着剤成分は平均粒径３０〜３００ｎｍ
    のエラストマー微粒子を６〜９０重量％含む請求項１記
    載の接続材料。
  3. 【請求項３】 導電性粒子は接着剤成分に対して２〜４
    ０容量％含まれる請求項１または２記載の接続材料。
  4. 【請求項４】 熱硬化性樹脂およびエラストマー微粒子
    を含有する接着剤成分ならびに導電性粒子を含み、硬化
    後の２５℃における引張伸び率が５％以上である接続材
    料を介してガラス基板に半導体チップを直接接続したＣ
    ＯＧ実装品。
  5. 【請求項５】 接着剤成分が平均粒径３０〜３００ｎｍ
    のエラストマー微粒子を６〜９０重量％含む請求項４記
    載のＣＯＧ実装品。
  6. 【請求項６】 接続材料が導電性粒子を接着剤成分に対
    して２〜４０容量％含む請求項４または５記載のＣＯＧ
    実装品。
  7. 【請求項７】 ＣＯＧ実装品が液晶表示装置である請求
    項４ないし６のいずれかに記載のＣＯＧ実装品。
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