(57)【要約】【課題】導電性接着剤を介して半導体素子や他の基板と接着する場合において、接続信頼性の高いフレキシブル基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】可撓性を有するフィルム状の基板２を、半導体素子または他の基板に導電性接着剤４を介して接着されるフレキシブル基板１において、フィルム状の基板２の表面を窒化された粗面としたことを特徴とする。この粗面により接着時に導電性接着剤のアンカー効果が得られ、密着度が増すことで、十分な接続強度を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有するフィルム状基板で形成され、前記フィルム状基板を半導体素子または他の基板と導電性接着剤を介して接着されるフレキシブル基板において、
前記フィルム状基板の表面を窒化された粗面としたことを特徴とするフレキシブル基板。
【請求項２】
前記粗面は、算術平均粗さ１．０ｎｍから１００ｎｍの凹凸に形成されていることを特徴とする請求項１記載のフレキシブル基板。
【請求項３】
前記フィルム状基板は、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、エポキシ樹脂、液晶ポリマのいずれかで形成されたことを特徴とする請求項１または２記載のフレキシブル基板。
【請求項４】
可撓性を有するフィルム状基板で形成され、前記フィルム状基板を半導体素子または他の基板と導電性接着剤を介して接着されるフレキシブル基板の製造方法において、
前記フィルム状基板を真空チャンバのホルダにセットする工程と、
前記真空チャンバに窒素系ガスを導入する工程と、
導入された前記窒素系ガスを分解して前記フィルム状基板を窒化させる工程とを含むことを特徴とするフレキシブル基板の製造方法。
【請求項５】
前記窒素系ガスの分解は、前記窒素系ガスに電界を印加して行うことを特徴とする請求項４記載のフレキシブル基板の製造方法。
【請求項６】
前記窒素系ガスの分解は、前記窒素系ガスを加熱して行うことを特徴とする請求項４記載のフレキシブル基板の製造方法。
【請求項７】
前記窒素系ガスは、Ｎ2またはＮＨ3の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項４から６のいずれかの項に記載のフレキシブル基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性を有するフィルム状基板で形成され、前記フィルム状基板を導電性接着剤を介して半導体素子または他の基板と接着されるフレキシブル基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示ディスプレイ（Liquid Crystal Display：以下、ＬＣＤと称す。）やプラズマディスプレイ（Plasma Display Panel：以下、ＰＤＰと称す。）のようなフラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display：以下、ＦＰＤと称す。）は、可撓性を有するフレキシブル基板が、制御用ＩＣ（Integrated Circuit）の搭載用基板として、また接続用の配線ケーブルとして用いられている。
【０００３】
このフレキシブル基板は、ＬＣＤやＰＤＰに接続する場合には、異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film：以下、ＡＣＦと称す。）や異方性導電ペースト（Anisotropic Conductive Paste：以下、ＡＣＰと称す。）などの導電性接着剤を介在させて接着している。
【０００４】
ＡＣＦやＡＣＰを用いてフレキシブル基板とＦＰＤとの接続が行われる場合、フレキシブル基板と他の基板との密着性が接続信頼性にとって大きな要因となる。
【０００５】
この密着性を向上させる技術として、ＬＣＤにＡＣＦを介してフレキシブル基板を接続する液晶表示装置の製造方法が特許文献１に記載されている。
【０００６】
特許文献１に記載の液晶表示装置の製造方法は、ＬＣＤの入力端子にＡｒプラズマ処理またはＯ2プラズマ処理を施した後、このＬＣＤとフレキシブル基板とをＡＣＦを介して接続することを特徴としている。
【０００７】
この製造方法によると、ＬＣＤの入力端子をＡｒプラズマ処理またはＯ2プラズマ処理を施すことで、各入力端子を非接触で汚れ等を除去することができるので、密着性を向上させることができる。
【特許文献１】特開２０００−１１１９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の液晶表示装置の製造方法では、ＬＣＤの入力端子をＡｒプラズマ処理またはＯ2プラズマ処理を施してＬＣＤとＡＣＦとの密着性を向上させている。
【０００９】
しかし、通常ＬＣＤの材料であるガラスとＡＣＦとの密着性は十分確保されており、物理的ストレスによる剥離はフレキシブル基板とＡＣＦの界面で起こる。この剥離は、フレキシブル基板のベース材料であるポリイミド等とＡＣＦとの密着性が低いのに加えて、フレキシブル基板の製造時に付着する表面汚染物や、大気中に浮遊する炭素などの汚染物の堆積によって、さらに密着性が低下するために発生しやすい。従って、接続信頼性を高めるためには、ＬＣＤの材料であるガラスとＡＣＦの密着性の向上よりも、ＬＣＤに接続されるフレキシブル基板側に、接続強度を高める処置が必要となる。
【００１０】
そこで本発明は、導電性接着剤を介して半導体素子や他の基板に接着する場合において、接続信頼性の高いフレキシブル基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明は、可撓性を有するフィルム状基板で形成され、前記フィルム状基板を半導体素子または他の基板と導電性接着剤を介して接着されるフレキシブル基板において、前記フィルム状基板の表面を窒化された粗面としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のフレキシブル基板は、可撓性を有するフィルム状基板で形成され、半導体素子または他の基板と導電性接着剤を介して接着されるフレキシブル基板において、フィルム状基板の表面を窒化させることにより、ＡＣＦと強い結合を示す官能基を基板表面に形成させ、フィルム状基板とＡＣＦとの密着性を向上させることができる。また、窒化の際にフィルム状基板表面は粗面化され、導電性接着剤が粗面の凹凸に入り込むので、導電性接着剤のアンカー効果により密着度を向上させることができる。よって、フレキシブル基板と被接着物との接続強度が高くなるので、接続信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本願の第１の発明は、可撓性を有するフィルム状基板で形成され、フィルム状基板を半導体素子または他の基板と導電性接着剤を介して接着されるフレキシブル基板において、フィルム状基板の表面を窒化された粗面としたことを特徴としたものであり、フィルム状基板の表面を窒化させることにより、ＡＣＦと強い結合を示す官能基を基板表面に形成することができる。従って、フィルム状基板とＡＣＦとの密着性を向上させることができる。また、窒化の際にフィルム状基板表面は粗面化され、導電性接着剤が粗面の凹凸に入り込むので、導電性接着剤のアンカー効果により密着度を向上させることができる。よって、フレキシブル基板と被接着物との接続強度が高くなるので、接続信頼性を向上させることができる。
【００１４】
本願の第２の発明は、粗面は、算術平均粗さ１．０ｎｍから１００ｎｍの凹凸に形成されていることを特徴としたものであり、フレキシブル基板を窒化させることで、その表面が算術平均粗さ１．０ｎｍから１００ｎｍの凹凸面に形成される。表面が算術平均粗さ１．０ｎｍから１００ｎｍの凹凸面とすることで、接続強度を十分に確保することができる。
【００１５】
本願の第３の発明は、フィルム状基板は、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、エポキシ樹脂、液晶ポリマのいずれかで形成されたことを特徴したものであり、基材フィルムとして、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、エポキシ樹脂、液晶ポリマのいずれかで形成した場合、炭素などの汚染物が付着すると、導電性接着剤の接続強度を著しく低下させるので、表面を窒化させて改質するとともに粗面とすることにより、接続強度の向上を図ることができるフレキシブル基板とすることができる。
【００１６】
本願の第４の発明は、可撓性を有するフィルム状基板で形成され、フィルム状基板を半導体素子または他の基板と導電性接着剤を介して接着されるフレキシブル基板の製造方法において、フィルム状基板を真空チャンバのホルダにセットする工程と、真空チャンバに窒素系ガスを導入する工程と、導入された窒素系ガスを分解してフィルム状基板を窒化させる工程とを含むことを特徴としたものであり、窒素系ガスを分解することでフィルム状基板の表面を窒化させて、ＡＣＦと強い結合を示す官能基を基板表面に形成することでフィルム状基板とＡＣＦとの密着性を向上させることができる。また、窒化の際にフィルム状基板表面は粗面化され、導電性接着剤が粗面の凹凸に入り込むので、導電性接着剤のアンカー効果により密着度を向上させることができる。よって、基板と他の基板の接続強度が高くなるので、接続信頼性を向上させることができるフレキシブル基板の製造方法である。
【００１７】
本願の第５の発明は、窒素系ガスの分解は、窒素系ガスに電界を印加して行うことを特徴としたものであり、窒素系ガスに電界を印加して、窒素系ガスをプラズマ状態とすることで、容易に分解することができる。
【００１８】
本願の第６の発明は、窒素系ガスの分解は、窒素系ガスを加熱して行うことを特徴としたものであり、窒素系ガスを加熱したフィラメントと接触させることで容易に分解することができる。
【００１９】
本願の第７の発明は、窒素系ガスは、Ｎ2またはＮＨ3の少なくともいずれかを含むことを特徴としたものであり、窒素系ガスをＮ2またはＮＨ3の少なくともいずれかを含むことで、Ｎイオンまたはラジカルとすることができる。
【００２０】
本発明の本実施の形態に係るフレキシブル基板の構成を図１および図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るフレキシブル基板と液晶表示ディスプレイとを接続する状態を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係るフレキシブル基板と半導体素子とを接続する状態を示す斜視図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、本発明の実施の形態に係るフレキシブル基板１は、導電性接着剤４を介してＬＣＤ３へ接続される。
【００２２】
フレキシブル基板１は、フィルム状基板のベースがポリイミドで形成された基板２を有している。また、フィルム状基板は、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、エポキシ樹脂、液晶ポリマのいずれかで形成することもできる。
【００２３】
基板２には、配線パターン２ａと、ＬＣＤ３を制御するプリント板と接続する第１の電極部２ｂと、ＬＣＤ３とを接続する第２の電極部２ｃとが形成されている。
【００２４】
ＬＣＤ３は、少なくとも一方が透明な電極を上下対向させて形成したガラスセルに液晶組成物を封入したものである。ＬＣＤ３は、ＡＣＦである導電性接着剤４を介して基板２の第２の電極部２ｃへ接続されている。
【００２５】
導電性接着剤４は、熱硬化性を有する樹脂の内部に多数の導電粒子を分散させ、この樹脂をベースとなるテープに塗布して形成されている。導電性接着剤４を用いてフレキシブル基板１とＬＣＤ３を接着する場合には、ＬＣＤ３のガラス基板に形成されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）と呼ばれる透明電極部３ａへ導電性接着剤４を貼着させ、基板２の第２の電極部２ｃを載置し、上から加圧ヘッドで加熱して加圧することで、フレキシブル基板１とＬＣＤ３を接着させている。フレキシブル基板１とＬＣＤ３とを接着させた状態を図１（ｂ）に示す。
【００２６】
また、図２（ａ）に示すようにフレキシブル基板１は、ＩＣ（Integrated Circuit）５を搭載して接続するための第３の電極部２ｄが形成されている。
【００２７】
基板２とＩＣ５との接着は、基板２の第３の電極部２ｄに導電性接着剤４を貼着させ、ＩＣ５を基板２の第３の電極部２ｄへ載置し、ＩＣ５の上部へ加圧ヘッドで加熱して加圧することで、フレキシブル基板１とＩＣ５を接着させている。フレキシブル基板１とＩＣ５とを接着させた状態を図２（ｂ）に示す。
【００２８】
基板２の第１の電極部２ｂ、第２の電極部２ｃおよび第３の電極部２ｄを含む全体の表面は、窒化による粗面としている。この粗面は、算術平均粗さが１．０ｎｍから１００ｎｍの凹凸が形成された面である。
【００２９】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係るフレキシブル基板の製造方法を図３に基づいて説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るフレキシブル基板の製造方法に用いられる装置の概略断面図である。
【００３０】
図３に示すように、真空チャンバ１１は、表面を窒化させる前のフィルム状基板で形成されたフレキシブル基板１７をセットする基板ホルダ１２と、基板ホルダ１２に電圧を印加する高周波電源１３と、真空チャンバ１１内の空気を排気する排気バルブ１５を有する排気装置１４と、窒素系ガスを真空チャンバ１１内に導入するガス導入装置１６と、フレキシブル基板１７を加熱するヒータ１８を備えている。
【００３１】
真空チャンバ１１は、グランドレベルとする接地部１９によりアースされている。
【００３２】
高周波電源１３により真空チャンバ内でグロー放電させ、プラズマを発生させることができる。その際基板ホルダ１２は２００〜１０００Ｖの負の誘起直流電圧が発生する。
【００３３】
ヒータ１８は、加熱の度合いを調整することにより、フレキシブル基板１７の表面に付着した水分を除去することができる。また、フレキシブル基板１７の反応速度の制御を行うことができる。
【００３４】
排気装置１４は、排気バルブ１５を開放し、真空チャンバ１１内の空気を排気して、圧力を１．０×１０-3Ｐａ以下とする機能を有する。
【００３５】
ガス導入装置１６は、窒素系ガスとしてＮＨ3、Ｎ2のいずれか含むガスを合した窒素系ガスを貯留したタンク１６ａから真空チャンバ１１に導入させる。
【００３６】
以上のような真空チャンバ１１を用いてフレキシブル基板１７の表面を窒化させて粗面とする方法を説明する。
（１）表面を窒化させる前のフレキシブル基板１７を基板ホルダ１２へセットする。
（２）排気バルブ１５を開放して排気装置１４から真空チャンバ１１内の空気を排気し、圧力を１．０×１０-3Ｐａ以下とする。
（３）ヒータ１８によりフレキシブル基板１７を常温〜３００℃となるよう加熱する。
（４）ガス導入装置１６から窒化系ガスを真空チャンバ１１内へ導入する。
（５）高周波電源１３によりフレキシブル基板１７をセットしている基板ホルダ１２に高周波電圧を印加する。
【００３７】
高周波電圧が印加されたことにより、真空チャンバ１１内に導入されたフレキシブル基板１７と真空チャンバ１１の壁面との間の空間Ｓ１にＮプラズマが発生し窒化系ガスが分解される。このとき基板ホルダ１２に負の誘起直流電圧が発生し、Ｎイオンが基板ホルダ１２に誘引される。
【００３８】
誘引されたＮイオンは、加速されフレキシブル基板１７へ衝突する。またＮプラズマとともに発生したＮラジカルが拡散してフレキシブル基板１７へ到達する。この衝突したＮイオンと拡散により到達したＮラジカルにより、フレキシブル基板１７のフィルム状基板の表面にエッチング反応が発生する。このエッチング反応により、フレキシブル基板１７の表面に付着した炭素などの汚染層が除去される。そして汚染層が除去された後に、フレキシブル基板１７を形成するポリイミドがエッチングされる。フレキシブル基板１７のエッチングは、Ｎイオンの衝突による物理的エッチングとともに、ＮイオンおよびＮラジカルにより化学的にエッチングされる。ポリイミドの分子構造には、化学的にエッチングされやすい箇所とエッチングされにくい箇所とが存在し、それぞれエッチングレートが異なる為、エッチングは選択的なエッチングとなる。この選択エッチングにより、フレキシブル基板は、表面に算術平均粗さが１．０ｎｍから１００ｎｍの凹凸が形成され、接着面が粗面となったフレキシブル基板１となる。
【００３９】
Ａｒガスなどの不活性ガスのみを用いて、プラズマ処理による物理的エッチングを行った場合、その表面の粗さが算術平均粗さで０．５ｎｍ程度となる。表面の粗さが算術平均粗さで０．５ｎｍ程度では、十分な接続強度を得ることができない。本発明の実施の形態に係る製造方法で用いられるＮプラズマによる化学的エッチングとした場合は、表面の算術平均粗さが１．０ｎｍから１００ｎｍとした粗面とすることができるので、この粗面により接着時に導電性接着剤のアンカー効果が得られ、密着度が増すことで、十分な接続強度を確保することができる。
【００４０】
また、ポリイミドにより形成されたフレキシブル基板１の表面は、衝突したＮプラズマと拡散により到達したＮラジカルにより窒化・改質されＮに起因する官能基が形成される。この官能基が形成されたフレキシブル基板１の表面は、導電性接着剤と非常に親和性が高いので、接続信頼性の高いものとすることができる。
【００４１】
次に、本発明の他の実施の形態に係るフレキシブル基板の製造方法を図４に基づいて説明する。図４は、本発明の他の実施の形態に係るフレキシブル基板の製造方法に用いられる装置の概略断面図である。
【００４２】
図４で示される装置は、窒化系ガスを加熱したフィラメント２３と接触させることで分解して、フレキシブル基板の表面を窒化させる。なお、真空チャンバ２１は、図３で示される基板ホルダ１２と、排気装置１４と、ガス導入装置１６と同じ機能のものであるので同符号を付して説明を省略する。
【００４３】
図４に示すように、真空チャンバ２１は、フレキシブル基板１７を加熱するヒータ２２と、導入したガスを加熱分解するフィラメント２３と、ヒータ２２へ電流を供給する直流電源２４と、フィラメント２３へ電流を供給する直流電源２５とを有している。
【００４４】
以上のような真空チャンバ２１を用いてフレキシブル基板１７の表面を窒化させて粗面とする方法を説明する。
（１）表面を窒化させる前のフレキシブル基板１７を基板ホルダ１２へセットする。
（２）排気バルブ１５を開放して排気装置１４から真空チャンバ２１内の空気を排気し、圧力を１．０×１０-3Ｐａ以下とする。
（３）直流電源２４によりヒータ２２へ電流を供給して、フレキシブル基板１７の表面温度を常温〜３００℃となるよう加熱する。
（４）ガス導入装置１６から窒化系ガスを真空チャンバ２１内へ導入する。
（５）直流電源２５によりフィラメント２３へ電流を供給して、フィラメント２３を１５００℃〜２０００℃となるよう加熱する。
（５）加熱されたフィラメント２３との接触により窒化系ガスが分解されＮラジカルが発生して真空チャンバ２１内を拡散する。そして拡散したＮラジカルは、フレキシブル基板１７へ到達する。
【００４５】
このように窒素系ガスを加熱したフィラメントに接触させることで分解し、Ｎラジカルを発生させることで、図３で示される真空チャンバ１１と同様に、フレキシブル基板１７の表面を窒化させて、算術平均粗さ１．０ｎｍから１００ｎｍの表面凹凸とした粗面を形成させることができる。
【００４６】
（実施例）
図３で示される真空チャンバ１１を用いて表面を窒化させたフレキシブル基板（発明品）を作製し、導電性接着剤を用いてガラス基板と熱圧着による接着を行い、接続強度を測定した。この窒化されたフレキシブル基板の表面の拡大図を図５に示す。
【００４７】
図５に示すように窒化されたフレキシブル基板の表面は、算術平均粗さが１．０ｎｍから１００ｎｍ程度の凹凸が形成された粗面となっている。算術平均粗さの測定はDigital Instruments製 nanoscopeIIIaで行った。
【００４８】
なお、比較のために表面を窒化していないフレキシブル基板（従来品１）と、Ａｒプラズマ処理を行ったフレキシブル基板（従来品２）とを用いて液晶パネルのガラス基板への接続強度の測定を同じ接着条件で行った。
【００４９】
接着条件は、圧力２ＭＰａ、温度２００℃、時間１０ｓとした。
【００５０】
接続強度の測定は、９０°引き剥がしを行い、引き剥がし速度は５０ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００５１】
その結果、発明品は、接続強度が１２．１Ｎ／ｃｍであったのに対し、従来品１は、２．５Ｎ／ｃｍ、従来品２は、５．５Ｎ／ｃｍであった。
【００５２】
以上の結果から、フィルム状基板で形成されたフレキシブル基板の表面を窒化させて粗面とすることで、従来のフレキシブル基板の２倍から４倍以上の接続強度を向上させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、被接着物との接続強度を高くすることができるので、導電性接着剤を介して半導体素子または他の基板と接続する可撓性を有するフィルム状基板で形成されるフレキシブル基板に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態に係るフレキシブル基板と液晶表示ディスプレイとを接続する状態を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態に係るフレキシブル基板と半導体素子とを接続する状態を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態に係るフレキシブル基板の製造方法に用いられる装置の概略断面図
【図４】本発明の他の実施の形態に係るフレキシブル基板の製造方法に用いられる装置の概略断面図
【図５】窒化された基板の表面の拡大図
【符号の説明】
【００５５】
１，１７  フレキシブル基板
２  基板
２ａ  配線パターン
２ｂ  第１の電極部
２ｃ  第２の電極部
２ｄ  第３の電極部
３  ＬＣＤ
３ａ  透明電極部
４  導電性接着剤
５  ＩＣ
１１  真空チャンバ
１２  基板ホルダ
１３  高周波電源
１４  排気装置
１５  排気バルブ
１６  ガス導入装置
１６ａ  タンク
１８  ヒータ
１９  接地部
２１  真空チャンバ
２２  ヒータ
２３  フィラメント
２４，２５  直流電源
Ｓ１  空間
【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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