(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラットパネルディスプレイをステージ上面に保持させ、そのフラットパネルディスプレイの電極上に異方性導電膜または異方性導電接着剤を介在させ、その上にＩＣ部品のバンプが接するようにＩＣ部品を配設し、そのＩＣ部品の上方から熱圧着することにより、フラットパネルディスプレイへＩＣ部品を接合する接合方法において、前記ＩＣ部品の上方からの熱圧着による接合工程を前圧着工程と最終圧着工程とに分割し、前圧着工程時は最終圧着工程時より低温状態で熱圧着すると共に、前圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力を最終圧着工程時に印加する圧力よりも大きくしたことを特徴とするＩＣ部品のフラットパネルディスプレイへの接合方法。
【請求項２】
前圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力を、フラットパネルディスプレイの電極と接合するＩＣ部品のバンプの接合面積に対して、３００〜３０００Ｋｇｆ／ｃｍ2 とし、最終圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力をそのＩＣ部品のバンプの接合面に対して１００〜１５００Ｋｇｆ／ｃｍ2 とした請求項１記載のＩＣ部品のフラットパネルディスプレイへの接合方法。
【請求項３】
前圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力を、最終圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力の２倍以上とした請求項１または２記載のＩＣ部品のフラットパネルディスプレイへの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ）やプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイにＩＣ部品を接合し、ＩＣ部品のバンプをフラットパネルディスプレイの電極に接合する方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、フラットパネルディスプレイはそのコンパクト性等から、あらゆる製品に使用されるようになり、日増しにその性能が向上し、フラットパネルディスプレイを使用した低価格な製品が出現している。
【０００３】
ここで、フラットパネルディスプレイを用いた製品の高性能化と信頼性を向上させつつ、低価格化を図るために、フラットパネルディスプレイを駆動するＩＣ部品を、フラットパネルディスプレイを損傷させることなく、いかに接合し、生産性の向上を図るかということは、重要な課題である。
【０００４】
従来のフラットパネルディスプレイを駆動するＩＣ部品をフラットパネルディスプレイに接合する方法として、特公昭６２−６６５２号公報等により開示された異方性導電接着剤又は異方性導電膜（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）をフラットパネルディスプレイの電極上に介在させ、その上にＩＣ部品を配設し、加圧ツール等により熱圧着することによって接合するフリップチップ方式の接合方法が一般に用いられており、特開平４−３０２４４４号公報（以下「従来例１」と称す。）等にその内容が開示されている。
【０００５】
フラットパネルディスプレイの電極とＩＣ部品のバンプとの接合時には、フラットパネルディスプレイをステージに保持させ、熱圧着することが一般的であり、従来のステージの材質として石英、ジルコニア等の熱伝導率の低い、いわゆる断熱材が用いられていた。これは前記異方性導電膜等の接着剤部分を熱硬化させてフラットパネルディスプレイとＩＣ部品とを接合させることとしているため、その接合部分の昇温を促進して生産性を高めるためであった。
【０００６】
また、従来例１に開示されているように、通常は生産性の向上を図るべく、フラットパネルディスプレイとＩＣ部品との熱圧着は実質的に一工程で行われ、これにより異方性導電膜等の接着剤部分を一時期に硬化させ、接合を完了させていた。この接合時における加圧条件の概略を図７（ａ）に示す。なお、このグラフ上での加圧力は、ＩＣ部品上面全体に対するものである（図７（ｂ）においても同様である）。
【０００７】
もっとも、従来例１とは異なる観点から熱圧着工程を多工程としたものもあり、特開平５−１４４８７３号公報（以下「従来例２」と称す。）にその内容が開示されている。この従来例２が、熱圧着工程を多工程としているのは、熱圧着時における異方性導電膜等の、不要なまたは余分な接着剤を除去して、接合される電極間の短絡、リーク等の防止を図るためである。そしてこの従来例２は、図７（ｂ）に示すように、熱圧着工程の各工程において、順次段階的に、ＩＣ部品に印加する加圧力を高めるのが、従来一般的な接合方法とされていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、熱伝導率の低いステージ上にフラットパネルディスプレイを保持させ、熱圧着によりフラットパネルディスプレイとＩＣ部品とを接合する従来の方法では、接合時または接合後にフラットパネルディスプレイに損傷、またはクラック、割れ等が発生するという問題点があった。
【０００９】
つまり、異方性導電膜等を硬化させるために相当量の熱が、熱圧着工程で急に印加され、しかもフラットパネルディスプレイを保持するステージが断熱材としての役割をはたすため、フラットパネルディスプレイとＩＣ部品との接合を繰り返すたびに、印加された熱がフラットパネルディスプレイの電極部分を通過し、ステージに伝達され、しかも滞留して、ステージの温度が順次上昇し、相当な高温となる。そして、この高温となったステージの放熱性が低いため、その上に保持されたフラットパネルディスプレイの電極部以外の部分にも熱が伝達し、その部分が高温となり、耐熱性の低いフラットパネルディスプレイがこの熱により、損傷を受けたり、熱歪みによるクラック、割れ等が発生していた。
【００１０】
また従来例１のように接合工程を実質的に一工程で行た場合、その工程終了後、異方性導電膜等の接着剤部分の硬化完了前に、フラットパネルディスプレイとＩＣ部品とを再度分離することは、既に硬化が相当進行しているために、容易ではない。つまり、フラットパネルディスプレイの電極とＩＣ部品のバンプとの接合不良やそれらの接合位置のズレが発生した場合等に、それらを一旦分離し、再度接合し直して改修する必要が生じるが、その改修は、上記のような理由により非常に手数が掛かるという問題点があった。
【００１１】
そこで、工程を分割して、前圧着工程と最終圧着工程との多工程とし、前圧着工程では比較的低温で異方性導電膜等の接着剤の硬化を抑えつつ、ＩＣ部品とフラットパネルディスプレイとを仮圧着しておき、この段階で接合不良や接合位置のズレを検出すべく、実際に電圧を付加してフラットパネルディスプレイの画像検査する。こうすると、接合不良等が発生し、改修する必要がある場合、異方性導電膜等の接着剤が殆ど硬化していないため、フラットパネルディスプレイとＩＣ部品とが容易に分離でき、高価なフラットパネルディスプレイやＩＣ部品を破損等することなく、容易に改修でき、人手の削減が図れる。
【００１２】
ところが従来例２の図７（ｂ）に示すように、熱圧着工程を多工程とした場合に、前圧着工程で印加する圧力を小さく、最終圧着工程で印加する圧力を大きくすると、フラットパネルディスプレイとＩＣ部品との接続間における接続抵抗が大きく、十分な画像検査を行うことができない場合があるという問題点があった。
【００１３】
しかも、このように、最終圧着工程で印加する圧力を前圧着工程で印加する圧力に比較して大きくすればする程、図６（ａ）に示すように高温高湿耐久試験後においては、最終圧着工程後のフラットパネルディスプレイとＩＣ部品との接続抵抗値が、大きくなっていき、フラットパネルディスプレイを使用した製品の信頼性、耐久性の低下を招くという問題点があった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、フラットパネルディスプレイをステージ上面に保持させ、そのフラットパネルディスプレイの電極上に異方性導電膜または異方性導電接着剤を介在させ、その上にＩＣ部品のバンプが接するようにＩＣ部品を配設し、そのＩＣ部品の上方から熱圧着することにより、フラットパネルディスプレイへＩＣ部品を接合する接合方法において、前記ＩＣ部品の上方からの熱圧着による接合工程を前圧着工程と最終圧着工程とに分割し、前圧着工程時は最終圧着工程時より低温状態で熱圧着すると共に、前圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力を最終圧着工程時に印加する圧力よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１９】
また、この前圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力を、フラットパネルディスプレイの電極と接合するＩＣ部品のバンプの接合面積に対して、３００〜３０００Ｋｇｆ／ｃｍ2 とし、最終圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力をそのＩＣ部品のバンプの接合面に対して１００〜１５００Ｋｇｆ／ｃｍ2 とすると好適である。
【００２０】
また、この前圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力を、最終圧着工程時にＩＣ部品に印加する圧力の２倍以上とするとさらに好適である。
【００２５】
本発明によれば、この熱圧着工程を前圧着工程と最終圧着工程に分割し、前圧着工程で印加する圧力を、最終圧着工程で印加する圧力に比較して大きくすることにより、フラットパネルディスプレイの電極とＩＣ部品のバンプとの十分な接合が図れ、前圧着工程後にフラットパネルディスプレイの画像検査が確実に行えるようになる。そして、前圧着工程時は最終圧着工程時より低温状態で熱圧着が行われるため、異方性導電膜等の接着剤の硬化が殆ど進行しておらず、接合不良品等はこの段階で容易に分離、改修でき、改修の手間が大幅に削減できる。
【００２６】
特に、最終圧着工程に印加する圧力を、前圧着工程時に印加する圧力の１／２以下とすることにより、熱圧着工程完了後のフラットパネルディスプレイとＩＣ部品との接続抵抗値を著しく減少させることができ、接合したフラットパネルディスプレイとＩＣ部品の耐久性及び信頼性の一層の向上が図れる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１から図６を参照しながら説明する。
【００２８】
本実施形態で用いたＩＣ部品のフラットパネルディスプレイへの接合装置１の全体概略を図１に示す。ＩＣ部品のフラットパネルディスプレイへの接合装置１はＸＹロボット２と、ステージ１０と、熱圧着ヘッド部４０と、ＩＣ部品供給トレイ３を備えている。
【００２９】
熱圧着ヘッド部４０は、図２に示すように、ＩＣ部品供給トレイ３からＩＣ部品５０を吸着保持し、ＩＣ部品５０をステージ１０上に保持されたフラットパネルディスプレイ２０に熱圧着するものである。熱圧着ヘッド部４０は先端に加圧ヘッド４２を有し、その上方に加熱ヘッド４１を有し、加熱ヘッド４１の上端が支持軸４５により支持されている。加圧ヘッド４２は、支持軸４５及び加熱ヘッド４１に上下動可能に挿入され、バネ９９によって下方に付勢されている。これら各部材の中央には吸気路４６が貫通して設けられている。加圧ヘッド４２の下面には開口部４２ａが設けられ、吸気路４６を通じて真空引きされているため、開口部４２ａでＩＣ部品５０を吸着保持できる。加熱ヘッド４１は、その下面が加圧ヘッド４２の上面に熱圧接時に接触するものであり、その内部にはヒータ４４、温度センサー４３が設けられている。支持軸４５は上下方向に延び、その下端に設けられた加熱ヘッド４１を下方に押動でき、またこの軸中心を中心に回転可能であると共に、その回転が制御され、ＩＣ部品５０とフラットパネルディスプレイ２０との位置合わせ等を行える。
【００３０】
ＸＹロボット２は、熱圧着ヘッド部４０の水平面上（ＸＹ平面上）での位置制御をするものであり、開口部４２ａによって吸着保持されたＩＣ部品５０を、フラットパネルディスプレイ２０の電極２１上の所定接合位置に移動させることができる。
【００３１】
ステージ１０は、フラットパネルディスプレイ２０を保持するものである。このステージ１０はステンレス製で、図２に示すように、その内部には水路１１が設けてある。この水路１１の中を水が流通するようになっており、水路１１を流れる水量及び水温調整により、このステージ１０の温度制御ができるようになっている。
【００３２】
次に、このＩＣ部品のフラットパネルディスプレイへの接合装置１によるＩＣ部品５０とフラットパネルディスプレイ２０との熱圧着工程について説明するが、基本的には従来から用いられているフリップチップ方式によるものであり、この概略を図３に示す。
【００３３】
つまり、ＩＣ部品のフラットパネルディスプレイへの接合装置１のステージ１０上にフラットパネルディスプレイ２０が保持され、このフラットパネルディスプレイ２０の電極２１上に異方性導電膜３０が貼付されている。なお、この異方性導電膜３０は従来から市販され、多用されているものである。この異方性導電膜３０は、約２００℃で２５秒前後保持することにより、その接着剤が硬化するものである。
【００３４】
そして、熱圧着ヘッド部４０は、開口部４２ａでＩＣ部品供給トレイ３からＩＣ部品５０を吸着保持し、その状態を維持しつつＸＹロボット２により、フラットパネルディスプレイ２０上の所定接合位置に移動し、ＩＣ部品５０のバンプ５１とフラットパネルディスプレイ２０の電極２１との位置合わせを行った後、支持軸４５が降下し、これと共に加熱ヘッド４１と加圧ヘッド４２が降下し、加圧ヘッド４２下面に吸着保持されたＩＣ部品５０のバンプ５１が前記異方性導電膜３０上に載置される。
【００３５】
さらに、支持軸４５によりこの加圧ヘッド４２を介して、ＩＣ部品５０に、下方に圧力が印加され、しかも同時に、加熱ヘッド４１のヒータ４４により加熱され、温度センサー４３により、一定温度に保持されている。
【００３６】
そして、前記の異方性導電膜３０中の導電粒子３１によりＩＣ部品５０のバンプ５１とフラットパネルディスプレイ２０の電極２１とが導通すると共に、その異方性導電膜３０中の接着剤が硬化し、ＩＣ部品５０とフラットパネルディスプレイ２０の熱圧着工程が完了するものである。
【００３７】
但し、本実施形態では、この熱圧着工程を前圧着工程Ａと最終圧着工程Ｂに分割した。この前圧着工程Ａと最終圧着工程Ｂにおける加熱温度とその保持時間との関係を図５（ａ）に示し加圧力とその保持時間との関係を図５（ｂ）に示す。
【００３８】
この図に示すように前圧着工程Ａでは、１３０℃、１５００Ｋｇｆ／ｃｍ2 の状態で３秒間保持し、最終圧着工程Ｂでは、２００℃、７００Ｋｇｆ／ｃｍ2 の状態で２０秒間保持した。
【００３９】
次に本実施形態の特徴を以下に述べる。
先ず、本実施形態では上記のステージ１０をステンレス製としたことにより、その熱伝導率が６．４５ｃａｌ／ｍ・ｓ・ｄｅｇ程度であるため、熱伝導率０．１４３ｃａｌ／ｍ・ｓ・ｄｅｇより十分大きく、熱伝導性は石英製等のステージに比較して相当向上し、この結果ステージ１０に保持されたフラットパネルディスプレイ２０の温度上昇はかなり抑制される。これを実証する実験データをグラフにしたものを図４に示す。図４（ａ）はステージ１０の材質を従来の石英とした場合のフラットパネルディスプレイ２０の温度を示し、図４（ｂ）はステージ１０の材質を本実施形態であるステンレスとした場合のフラットパネルディスプレイ２０の温度を示す。この図中、Ｐは異方性導電膜３０の温度、Ｑはフラットパネルディスプレイ２０の温度であり、共に最終圧着工程Ｂ時における温度変化を示している。このグラフによると、フラットパネルディスプレイ２０の温度が約５０℃から約３５℃に低下しており、ステージ１０の材質変更の効果が大きく現れている。
【００４０】
しかも、本実施形態はこのステージ１０の内部に水路１１を設け、この水路１１を流通する水量及び水温調整により、ステージ１０の温度制御を行えるようにしたため、ＩＣ部品５０とフラットパネルディスプレイ２０の熱圧着を何度繰り返しても、ステージ１０の温度を常に一定に保持することができる。この結果、フラットパネルディスプレイ２０が熱圧着工程によって受ける熱影響を低減でき、フラットパネルディスプレイ２０の熱影響により損傷、クラックまたは割れの発生を抑制できる。
【００４１】
しかも、ステージ１０の温度を一定に維持することにより、毎回の熱圧着工程を安定した条件の下で行え、製品間のバラツキを無くすことができる。
【００４２】
さらに、一定温度に保持されたステージ１０にフラットパネルディスプレイ２０を保持させることにより、フラットパネルディスプレイ２０の予備加熱を併せて行うこともでき、この予備加熱により、熱圧着工程後にフラットパネルディスプレイ２０に発生する偏った温度分布を抑制でき、フラットパネルディスプレイ２０の損傷、クラックまたは割れの発生を一層低減できる。
【００４３】
さらに、本実施形態が熱圧着工程を前圧着工程Ａと最終圧着工程Ｂに分割したことによる特徴を以下述べる。
【００４４】
上述したように、従来は前圧着工程Ａと最終圧着工程Ｂで付加する加圧力は同等か、若しくは最終圧着工程Ｂでの加圧力が大きいものであった。
【００４５】
ところが、本実施形態では、熱圧着工程時の加圧条件に関して、この従来例とは全く逆の加圧条件を採用した。これは、大きく分け、以下の二つの理由によるものである。
【００４６】
▲１▼本実施形態では、前圧着工程Ａ終了時点で、ＩＣ部品５０とフラットパネルディスプレイ２０の接合状態を確認すべく、フラットパネルディスプレイ２０の画像検査を行っている。ところが、従来例のように、前圧着工程Ａでの加圧力が低いとＩＣ部品５０のバンプ５１とフラットパネルディスプレイ２０の電極２１間の接続抵抗値が大きくなり、十分な画像検査は行えない場合があった。しかし、この熱圧着工程を分割せずに、一工程で一気に熱圧着を終えてしまうと、その後、接続不良等が発生した場合の改修が困難となる。
【００４７】
そこで、加熱温度を最終圧着工程Ｂ時に比較してより低温に維持しつつ、前圧着工程Ａの加圧力を大きくすることにより、ＩＣ部品５０のバンプ５１とフラットパネルディスプレイ２０の電極２１間の接続抵抗値を低減でき、前圧着工程Ａ終了後にフラットパネルディスプレイ２０の画像検査が行えるようになり、しかもそのときの加熱温度が低温であるため、異方性導電膜３０の接着剤の硬化は殆ど進行しておらず、必要ならば容易に改修ができる。
【００４８】
▲２▼特に、前圧着工程Ａ時の加圧力を最終圧着工程Ｂ時の加圧力に比較して大きくすることにより効果が著しいのは、接合後のＩＣ部品５０のバンプ５１とフラットパネルディスプレイ２０の電極２１間の接続抵抗値を従来に比較して低減でき、製品の耐久性、信頼性の向上が図れることである。
【００４９】
これを実証する実験データを図６に示す。図６（ａ）は高温高湿耐久試験後の前記接続抵抗値の変化を前圧着工程Ａ時と最終圧着工程Ｂ時の加圧力の変化に対応させて示したものであり、図６（ｂ）は、高温高湿耐久試験後の接続抵抗値をその試験前の接続抵抗値で除した値を縦軸にとり、前圧着工程Ａ時と最終圧着工程Ｂ時の加圧力の変化に対応させて示したものである。
【００５０】
このグラフから、最終圧着工程Ｂ時の加圧力（最終圧着荷重）を増加させるに従い、接続抵抗値が増加すると共に、前圧着工程Ａ時の加圧力（前圧着荷重）が大きいほど、接続抵抗値が減少することがわかる。
【００５１】
従って、本実施形態のように従来例２等に反し、前圧着工程Ａ時の加圧力を最終圧着工程Ｂ時の加圧力に比較して大きくすることにより、ＩＣ部品５０とフラットパネルディスプレイ２０とを接合した製品の耐久性、信頼性を高めることができる。なお、このような繰り返し行なわれた実験結果と異方性導電膜３０による接合接着条件等から、前圧着工程Ａ時の加圧力を３００〜３０００Ｋｇｆ／ｃｍ2 とし、最終圧着工程Ｂ時の加圧力を１００〜１５００Ｋｇｆ／ｃｍ2 とするとより好ましいい効果を得ることができる。
【００５２】
さらに、本実施形態のように、前圧着工程Ａ時の加圧力を最終圧着工程Ｂ時の加圧力に対し２倍以上とすることによりさらに好ましい効果を得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＣ部品のフラットパネルディスプレイへの接合装置のステージの材質を、熱伝導率の高い材質とすることにより、フラットパネルディスプレイへの熱影響が抑制でき、熱圧着工程後の損傷、クラックまたは割れを低減できる。また、ステージの温度を制御し、またフラットパネルディスプレイを予備加熱することにより、上記効果を増すと共に、安定した条件で熱圧着工程を行うことができ、生産性の向上が図れる。
【００５４】
さらに、熱圧着工程を前圧着工程と最終圧着工程に分割し、前圧着工程時の加圧力を最終圧着工程時の加圧力に比較して大きくすることにより、前圧着工程後にフラットパネルディスプレイの画像検査を十分行えるようになり、接続不良品等の改修も容易になると共に、接合後のＩＣ部品のバンプとフラットパネルディスプレイの電極間の接続抵抗値を低減でき、これらを用いた製品の耐久性、信頼性の向上が図れる。
【００５５】
また、この前圧着工程時と最終圧着工程時との加圧力を最適な範囲に設定することにより、より一層前記耐久性、信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるＩＣ部品のフラットパネルディスプレイへの接合装置の概略を示す斜視図である。
【図２】その熱圧着ヘッド部を示す断面図である。
【図３】本発明の熱圧着工程の概略を示し、（ａ）は熱圧着工程前を示す断面図であり（ｂ）は熱圧着工程後の断面図である。
【図４】ステージ上に保持されたフラットパネルディスプレイの熱圧着工程における温度を示し、（ａ）は従来例のステージ上に保持されたフラットパネルディスプレイの温度変化を示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態におけるステージ上に保持されたフラットパネルディスプレイの温度変化を示すグラフである。
【図５】本実施形態の熱圧着工程条件を示すグラフであり、（ａ）は加熱温度を示すグラフであり、（ｂ）は加圧力を示すグラフである。
【図６】熱圧着による接続抵抗値の変化を示すグラフであり、（ａ）は高温高湿耐久試験後のグラフであり、（ｂ）は高温高湿試験前後の接続抵抗値の増加比を示すグラフである。
【図７】従来の熱圧着工程時の加圧条件を示すグラフであり、（ａ）熱圧着工程を一工程とした場合のグラフであり、（ｂ）は熱圧着工程を分割した場合のグラフである。
【符号の説明】
１０      ステージ
２０      フラットパネルディスプレイ
２１      電極
３０      異方性導電膜
５０      ＩＣ部品
５１      バンプ
Ａ        前圧着工程
Ｂ        最終圧着工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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