(57)【要約】【課題】基板の電極に接着材を用いて電子部品の電極を接続する際、基板の反りと電子部品の反りが非常に小さい半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも一方の表面に複数の電極を有する基板と電極を有する電子部品のうちの熱膨張の小さい方の温度を他方より高くなるように接着材を加熱することによって、接続後の前記基板の電子部品搭載部の反り量を１０μｍ以下にする。【選択図】  図１
2004235522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の表面に複数の電極を有する基板と、電極を有する電子部品とが接着材により電極間接続されてなる半導体装置において、前記電極間接続時に、前記基板と前記電子部品のうちの熱膨張の小さい方の温度が他方より高くなるように、前記接着材が加熱されることによって、接続後の前記基板の電子部品搭載部の反り量が１０μｍ以下にされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記基板がガラス基板である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記接着材が導電粒子を含んでいない請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
少なくとも一方の表面に複数の電極を有する基板と電極を有する電子部品とを接着材を用いて電極間接続する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記基板と前記電子部品のうちの熱膨張の小さい方の温度を他方より高くなるように、前記接着材を加熱し、前記基板と前記電子部品とを電極間接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の電極上に電子部品を搭載した半導体装置およびその製造方法に関し、さらに詳しく言えば、熱膨張の差により発生する基板および電子部品の熱変形を防止する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に液晶表示装置の配線基板やプリント回路基板にＬＳＩチップなどの電子部品が実装された半導体装置（電子装置）が知られている。
【０００３】
これらの半導体装置において、例えば、ＬＳＩチップをフェースダウンの状態でプリント回路基板に搭載するフリップチップ実装は、ＬＳＩチップの能動面に設けられた電極（以下、バンプと記す。）とプリント回路基板の配線電極とを接着材により接続するものである。したがって、他のＬＳＩチップの実装法であるワイヤボンディング実装やＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｎｇ）実装に比べ、チップの実装面積を大幅に小さくできる。しかも、浮遊容量やインピーダンスが小さく、接続の信頼性が高いなど多くの利点を持つため、ＬＳＩチップなどの電子部品の実装方法として多用されてきている。
【０００４】
また、特に液晶表示装置においては、液晶表示装置を構成する一対の基板のうち平面形状が大きく形成された基板の突出部に形成される電極に接着材を用いて液晶駆動用のＬＳＩチップを搭載し、前記突出部の電極と前記ＬＳＩチップのバンプとを導通させるＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式がＬＳＩチップの接続に好適な実装方式として知られている。
【０００５】
このＣＯＧ方式では、例えば、接着材として熱硬化型の導電接合材が用いられる。導電接合材は、熱硬化性接着剤に導電性粒子を混ぜ込んでフィルム状やペースト状としたもので、液晶表示装置の基板の突出部に形成される電極とＬＳＩチップのバンプとの間で加熱加圧されることにより、導電性粒子で対向する電極間の導通がとられ、前記接着剤の密着力にて電極間の接続が保持される。
【０００６】
図６に従来のＣＯＧ方式での圧着方法の一例を示す概略断面図を示す。
液晶表示装置６０の基板６１ｂの突出部６２の図示しない電極端子に導電接合材６４を用いてＬＳＩチップ６３を接続する場合、液晶表示装置６０を圧着装置の載置台６６の所定の位置に載置し、前記電極端子上に導電接合材６４を配設し、それに基板の電極端子と位置合わせをしたＬＳＩチップ６３を仮搭載した後、高温に加熱したヒートツール６５でＬＳＩチップ６３の上側より圧力を加えながら加熱することにより、導電接合材６４を熱硬化させて接続が行われていた。
【０００７】
一般に高温に加熱したヒートツールで電子部品および基板に圧力を加えながら接着材を加熱して接続すると、接続完了後に常温となった電子部品及び基板の電子部品搭載部に反りが発生する。
【０００８】
これは、例えば、ＣＯＧ方式おいて、圧着後にヒートツールを離反して導電接合材の温度ＴＡが導電接合材のガラス転位温度Ｔｇ以下になると、導電接合材の弾性率が高くなりＬＳＩチップと基板の熱変形が拘束されるからである。
【０００９】
また、圧着後にヒートツールを離反する際、ＬＳＩチップの温度ＴＬは基板温度ＴＧより高くなっており、ヒートツールにて押圧される側であるＬＳＩチップと反対側の基板とでは熱膨張の程度が異なる。従って、ＬＳＩチップと基板が常温まで温度が低下するまでの熱収縮量に差が生じ、ＬＳＩチップの温度と基板の温度がそれぞれＴＬ、ＴＧから常温まで低下する間に反り変形が発生していた。
【００１０】
反りが発生すると、導電性粒子による導通状態に悪影響が出て、信頼性試験で導電性粒子の接続部の接点が剥がれ導通不良を引き起こす原因となることが懸念される。
【００１１】
ところで、ＣＲＴ、ＰＤＰ、液晶表示装置、ＬＥＤ表示装置などの電子装置においては、表示部の薄型化やフラット化が急速に進められており、またＬＳＩチップの高集積化にともなって、ＬＳＩチップ能動面の単位面積あたりに設けられるバンプ数は増加の一途を辿っている。
【００１２】
しかしながら、従来の半導体装置の製造方法において、剛性を有する基板に電子部品を搭載する場合、該基板の厚みが薄くなると基板の電子部品搭載部の反りが顕著になるという問題があった。
【００１３】
さらに、基板の電子部品搭載部の反りにともなって基板の電子部品搭載部の電極端子上に配設されたＬＳＩチップなどの電子部品も反ってしまうおそれがある。このような場合には、例えば、ＬＳＩチップにおける電極形成面に形成されたパッシベーション膜に亀裂や割れが生じる結果、ＬＳＩチップの機能を損なわせてしまうという問題を有していた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、基板上に接着材を用いて電子部品を接続する際、基板の反りと電子部品の反りの小さい半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の態様１は、少なくとも一方の表面に複数の電極を有する基板と、電極を有する電子部品とが接着材により電極間接続させてなる半導体装置において、前記電極間接続時に、前記基板と前記電子部品のうちの熱膨張の小さい方の温度が他方より高くなるように、前記接着材が加熱されることによって、接続後の前記基板の電子部品搭載部の反り量が１０μｍ以下にされていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１６】
本発明の態様２は、前記基板がガラス基板である態様１に記載の半導体装置を提供する。
【００１７】
本発明の態様３は、前記接着材が導電粒子を含んでいない態様１または２に記載の半導体装置を提供する。
【００１８】
本発明の態様４は、少なくとも一方の表面に複数の電極を有する基板と電極を有する電子部品とを接着材を用いて電極間接続する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記基板と前記電子部品のうちの熱膨張の小さい方の温度を他方より高くなるように、前記接着材を加熱し、前記基板と前記電子部品とを電極間接続することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範囲に属することは言うまでもない。図中、同一の要素については同一の符号を付した。ここで、本実施形態においては、ＬＳＩチップが接着材を用いて基板に接続される液晶表示装置について説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置および圧着装置を示す概略断面図である。図１に示すように、この液晶表示装置１０は、一対の基板１１ａ、１１ｂを有している。これら一対の基板１１ａ、１１ｂのうち一方の基板１１ｂは、他方の基板１１ａと比較して平面形状が大きく形成されており、この大きく形成された部分は、突出部１２とされている。また、この各基板１１ａ、１１ｂの互いに対向する面には、それぞれ図示しない複数の電極が形成されており、これら各電極は、前記一方の基板１１ｂの突出部１２に延設されて、それぞれ図示しない電極端子とされている。
【００２１】
また、前記突出部１２の各電極端子における相互に対向する側の一端部分には、接着材１４が配設されており、前記接着材１４の表面には、ＬＳＩチップ１３が実装されている。
【００２２】
このＬＳＩチップ１３を構成するＬＳＩチップ本体の一面には、図示しない複数の電極配線が形成されており、これら各電極配線は、前記ＬＳＩチップ本体の両端部分まで延設されて、それぞれ図示しない電極端子（バンプ）とされている。また、前記ＬＳＩチップ本体における各電極配線が形成されている電極形成面には、前記各電極配線を保護するための図示しないパッシベーション膜が配設されている。そして、前記ＬＳＩチップ１３の各電極端子と前記液晶表示装置１０の各電極端子とは前記接着材１４を用いてそれぞれ対向する電極間が接続されている。
【００２３】
本発明における半導体装置とは、少なくとも一方の表面に複数の電極を有する基板に電極を有する電子部品が搭載されたものをさす。
【００２４】
基板としては、剛性を有するものであれば何でもよく、ガラス基板やプラスチック基板、プリント配線基板、セラミック基板などが使用できる。
【００２５】
基板上に設ける電極としてはＩＴＯ（酸化インジウム−酸化スズ）のような金属酸化物などの電極材料やクロム、銅、アルミなどの金属材料が使用できる。
【００２６】
電子部品としては、ＬＳＩなどのベアチップや抵抗、コンデンサなどを含む面実装用のチップ部品が使用できる。
【００２７】
接着材としては、熱硬化性の導電接合剤を用いることができるが、特に好ましくは導電粒子を含んでいない接着材を用いる。接着部材のコストを安価にできるからである。また、高密度化に伴うファインピッチの電極間接続を容易に実現することができる。
【００２８】
次に、本発明に係る液晶表示装置１０とＬＳＩチップ１３とを接続するために用いる圧着装置について説明する。図１に示す圧着装置の下方には、載置台１７、１８が配置されている。さらに、前記載置台１７、１８の近傍には、液晶表示装置１０の基板１１ｂの突出部１２において、ＬＳＩチップ１３の搭載位置を含んだ周辺の部位を８０〜１８０℃程度の温度に加熱するためのヒートツール１６が配置されている。このヒートツール１６は、図示しないヒータによって加熱されるようになっている。
【００２９】
さらにまた、前記載置台１７、１８の上方には、図示しない駆動機構によって昇降可能なヒートツール１５が配置されており、このヒートツール１５は、図示しないヒータによって８０〜２００℃程度の温度に加熱されるようになっている。
【００３０】
この圧着装置は、液晶表示装置１０の基板１１ｂの突出部１２にＬＳＩチップ１３を接着材１４を用いて接続する際、接着材１４が配設された基板１１ｂの突出部１２の所定の位置にＬＳＩチップ１３を仮搭載し、前記基板の突出部１２とＬＳＩチップ１３のうちの熱膨張の小さい方の温度を他方より高くなるように、前記接着材を加熱する機能を備えていることが好ましい。
【００３１】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について図２〜４を用いて説明する。
本発明の製造方法では、例えば、ＬＳＩチップのバンプとガラス基板の電極端子とを接着材１４を用いて接続する場合、従来はＬＳＩチップ１３側からヒートツール１５の熱負荷により、接着材１４を加熱していたのに対し、本発明の製造方法ではガラス基板側からもヒートツール１６により熱負荷を加え、接着材１４の温度ＴＡを接着材のガラス転位温度Ｔｇ以上となるように加熱して、ＬＳＩチップ１３の電極とガラス基板の突出部１２の電極端子を接続する。このとき、ＬＳＩチップ１３とガラス基板１１ｂのうちの熱膨張の小さい方の温度を他方より高くなるように接着材１４を加熱することが好ましい。例えば、ガラス基板１１ｂの熱膨張がＬＳＩチップ１３の熱膨張よりも小さい場合、ガラス基板側から与える熱負荷をＬＳＩチップ側から与える熱負荷よりも大とする。
【００３２】
一方、ヒートツール１５、１６を離反して接着材１４の温度ＴＡがガラス転位温度Ｔｇ以下になると、接着材１４の弾性率が高くなりＬＳＩチップ１３とガラス基板の突出部１２の熱変形が拘束される。
【００３３】
したがって、ＬＳＩチップ１３とガラス基板１１ｂのうちの熱膨張の小さい方の温度を他方より高くなるように接着材１４を加熱すれば、ヒートツール１５、１６を離反した際、ＬＳＩチップ１３とガラス基板１１ｂの熱収縮量を近づけることが可能となる。
【００３４】
例えば、ＬＳＩチップの線膨張係数αＬがガラス基板の線膨張係数αＧと比べて大きい場合は、加熱時にガラス基板側から与える熱負荷をＬＳＩチップ側から与える熱負荷よりも大とする。
【００３５】
これにより、ＬＳＩチップとガラス基板に発生する反り変形による反り量４５ａ、４５ｂを抑え、安定したＬＳＩチップの接続を行うことが可能となる。
【００３６】
すなわち、本発明で示す半導体装置の製造方法は、部材間の熱膨張差による反り変形に対して、熱膨張の小さい方の温度を他方より高くなるように加熱することによって、反り量４５ａ、４５ｂを抑制するものである。
【００３７】
例えば、ＬＳＩチップの線膨張係数αＬがガラス基板の線膨張係数αＧと比べて大きい場合は、ガラス基板側の熱負荷をＬＳＩチップ側の負荷より３０℃〜７０℃の範囲で高くすることが好ましい。特に好ましくは、ガラス基板側の熱負荷をＬＳＩチップ側の熱負荷より４０℃〜６０℃の範囲とする。基板とＬＳＩチップのうちの熱膨張の小さい方の温度を他方より高くなるように加熱することにより、基板の反り量４５ａが低減でき、反り変形を最も小さくできるからである。また、ＬＳＩチップの反り量４５ｂも低減することができる。
【００３８】
さらに、基板の電子部品搭載部に局所的に熱を加えることが好ましい。その方法としては、圧着装置の戴置台の形状を基板より小さくし、基板の電子部品搭載部の近傍のみを加熱する、あるいは、光照射や熱風の吹き付けなどの非接触式の加熱方法により、基板の電子部品搭載部に局所的に熱を加えるようにしても良い。
【００３９】
また、接着後に、エアー等の吹き付け等により接着材の温度を急激に下げる方法を用いて、反り量を低減するようにしてもよい。
【００４０】
【実施例】
厚さ０．４ｍｍで、線膨張係数３〜１０×１０−６／℃のガラスよりなる液晶表示装置の基板の突出部にガラス転位温度ＴＡ＝１２５℃の導電粒子を含んでいない接着材を貼着し、ＬＳＩチップの外形の長手寸法が１７ｍｍで、線膨張係数２．４２〜２．８×１０−６／℃のＬＳＩチップを前述の圧着装置で接続した。
【００４１】
［実施例１］
前記に示した本発明の製造方法により、圧着時にガラス基板の温度ＴＧがＬＳＩチップの温度ＴＬよりも７０℃高くなるようにヒータツールで前記接着材を加熱して、ガラス基板の電極とＬＳＩチップの電極との接続を行った。接続完了後、常温となったガラス基板とＬＳＩチップの反り量を測定した結果、ガラス基板の反り量は９．３μｍ、ＬＳＩチップの反り量は４．５μｍであった。
【００４２】
［実施例２］
実施例１と同様の製造方法で、ガラス基板の温度ＴＧがＬＳＩチップの温度ＴＬよりも５０℃高くなるように前記接着材を加熱して、ガラス基板の電極とＬＳＩチップの電極との接続を行った。接続完了後、常温となったガラス基板とＬＳＩチップの反り量を測定した結果を図５に示す。
【００４３】
ガラス基板の反り量は０．５μｍ、ＬＳＩチップの反り量は０．１μｍで、反り変形がほとんどなく、また、ガラス基板とＬＳＩチップの良好な接続が得られた。
【００４４】
［比較例１］
従来の製造方法の通りＬＳＩチップ側より熱負荷を加えて、ＬＳＩチップの電極とガラス基板の電極とを前記接着材を用いて接続を行った。このＬＳＩチップの電極とガラス基板の電極とを接続する際、両部材間の温度差はＬＳＩチップの温度ＴＬの方がガラス基板の温度ＴＧよりも９０℃高くなっていた。接続完了後、常温となったガラス基板とＬＳＩチップの反りを測定した結果、ガラス基板の反り量は３０．２μｍ、ＬＳＩチップの反り量は１５μｍであった。
【００４５】
この結果、前記の比較例においては、ガラス基板側の温度よりもＬＳＩチップ側の温度の方が高く、また熱膨張差も大きい事からＬＳＩチップをガラス基板に搭載後、ガラス基板の端子部が反ってしまい、それにともなってＬＳＩチップに反りが生じた結果、電極間接続が不安定となり、導通不良が発生した。また、ＬＳＩチップに配設してあるパッシベーション膜にもクラックが発生した。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、基板および電子部品の反り量を低減することができ、基板とＬＳＩチップなどの電子部品との電極間接続不良を確実に防止することができる。このため、半導体装置の耐衝撃性などの信頼性を向上することができる。
【００４７】
さらに、ＬＳＩチップに配設されているパッシベーション膜のクラック発生を防止することができ、電子部品自体の機能不具合の発生を防止することができる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、基板および電子部品の反り量を１０μｍ以下とすることができる。このため、導電粒子を含まない接着材を用いて電子部品を基板に接続することができ、接続部材のコストを安価とすることができる。さらに、ＬＳＩチップの高集積化にともなって、ＬＳＩチップ能動面の単位面積あたりに設けられるバンプが増加し、ファインピッチとなった場合においても対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の実施形態の液晶表示装置および圧着装置を示す概略断面図。
【図２】図１に示す本発明の一実施例の液晶表示装置の概略平面図。
【図３】図２に示す液晶表示装置のＡ−Ａ’断面図。
【図４】本発明の他の一実施例の反り状態を示す液晶表示装置の概略断面図。
【図５】本発明に係る半導体装置の実施例のける反り量の結果示すグラフ。
【図６】従来の半導体装置および圧着装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
１０、６０：液晶表示装置
１１ａ、１１ｂ、４１ｂ、６１ａ、６１ｂ：基板
１２、６２：突出部
１３、１１ｂ、４３：ＬＳＩチップ
１４、４４：接着材
１５、１６、６５：ヒートツール
１７、１８、６６：戴置台
４５ａ、４５ｂ：反り量
【図１】
2004235522.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004235522.tif 000005
【図４】
2004235522.tif 000006
【図５】
2004235522.tif 000007
【図６】
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