JP2012094716A - 接続構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤーボンデイングによる排熱不足及び耐熱性の問題を解消し、青色系のＬＥＤチップの発光時におけるＬＥＤチップ接続用接着剤の劣化が極めて少なく、接続後のチップと基板間にボイドが少なく、かつ使用時のボイドの破裂による接合不良の問題がない接続構造体の提供。
【解決手段】ＬＥＤチップ、バンプ、基板電極、及びフリップ用接着剤を含む接続構造体であって、該フリップ用接着剤がポリイミド樹脂またはポリアミド樹脂を含むことを特徴とする接続構造体。
【選択図】なし

Description

本発明は、フリップ用接着剤を用いてＬＥＤチップをフェイスダウンで回路基板に接続することにより得られる接続構造体に関する。

従来、ＬＥＤチップをフェイスダウンで基板上の電極に接続させる技術が提供されている。フェイスダウンでＬＥＤチップを接着する場合には、まずＬＥＤチップにバンプを形成し、次にバンプと基板電極とを超音波により接続し、電極間が接続されたあとにＬＥＤチップと基板との間の空間を、毛細管現象を利用して樹脂で充填する方法などが用いられている。

ＬＥＤチップを基板に接続する場合、ＬＥＤチップにワイヤーボンデイングによりＬＥＤへ電気的な接続を施し、その上に封止材をコーテイングすることが多い。そのため、ＬＥＤからの光の取り出しは封止材と同じ方向であるため、封止材に光が通過し、かなりの発熱又は蓄熱がある。したがって、ワイヤーボンデイングのみによる排熱が困難になるだけでなく、封止材の耐熱温度が５００℃レベルまで上昇してしまうという大きな排熱の問題がある。ワイヤーボンデイングの排熱の問題を改善できる方法として、近年、ＬＥＤチップをフェイスダウンでフリップチップ接続する方法が提案されている。しかしながら、ＬＥＤをフリップチップ接続するために、バンプと基板電極を接続した後に、毛細管現象を用いてフリップ用接着剤料を封入するなどのように作業が煩雑になるか、又はＬＥＤチップ上のバンプが樹脂の適切な充填を阻害するためにチップと基板との間にボイドが多量に残ってしまうなどの問題が多い。

フリップ用接着剤としては、エポキシ材料を用いる方法（特許文献１）、又はフリップでＬＥＤを接続する方法において、フリップ用接着剤を、バンプを接続した後に封入する方法（特許文献２，３）が公知である。しかしながら、これらのフリップ用接着剤を適切にＬＥＤチップと基板との間に封入できないこと、又は青色ＬＥＤなどの発光波長の短波長化により、エポキシ材の接着剤劣化が起こることなどの問題がある。

特表２００２−５３８６２４号公報 特表２００２−５４０５９３号公報 特開平１０−１２９３２号公報

本発明の課題は、ワイヤーボンデイングによる排熱不足及び耐熱性の問題を解消し、青色系のＬＥＤチップの発光時におけるＬＥＤチップ接続用接着剤の劣化が極めて少なく、接続後のチップと基板間にボイドが少なく、かつ使用時のボイドの破裂による接合不良の問題がない接続構造体を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討し、実験を重ねた結果、本発明を完成するのに至った。

すなわち、本発明は以下の通りである。
［１］ＬＥＤチップ、バンプ、基板電極、及びフリップ用接着剤を含む接続構造体であって、該フリップ用接着剤がポリイミド樹脂またはポリアミド樹脂を含むことを特徴とする接続構造体。

［２］前記フリップ用接着剤中のボイドが５体積％以下である、［１］に記載の接続構造体。

［３］前記ＬＥＤチップ上に前記バンプを形成する工程、及び前記バンプと前記基板電極とを前記フリップ用接着剤を介して１００℃以上の温度で接続する工程を含む、［１］又は［２］に記載の接続構造体の製造方法。

本発明の接続構造体を用いることで、ワイヤーボンデイングによる排熱不足及び耐熱性の問題を解消し、さらに青色系のＬＥＤチップの発光時におけるフリップ用接着剤の劣化を極めて少なくするという利点がある。また、接着剤を適用するときには、バンプを接続した後に毛細管現象で接着剤を充填する必要がないので、ＬＥＤチップのバンプを基板電極と接続するときに接着剤を基板に事前に又は同時に塗布しておくことができる。そのためチップ接続後のチップと基板間にボイドが少なく、かつ使用時のボイドの破裂による接合不良の問題がないという利点がある。

また、本発明によれば、ＬＥＤチップを複数個接続しても、同一基板上の予め接続したＬＥＤチップが、後から接続するＬＥＤチップの熱によって取れてしまうことがなく、多数個のＬＥＤチップを同一基板上に容易に接続できる利点がある。

また、本発明によれば、ＬＥＤチップのバンプと基板電極を接続するときに、ＬＥＤチップのハンプ電極と基板電極とを電気的に阻害しないように接続できるだけでなく、多数個のＬＥＤも高速で接続できる。さらに、本発明は、青色ＬＥＤの低波長による劣化が少ないＬＥＤ接合材を提供できる。したがって、本発明は、信頼性の高いフリップチップ実装法を提供する。

本発明は、ＬＥＤチップ、バンプ、基板電極、及びフリップ用接着剤を含む接続構造体であり、そしてフリップ用接着剤がポリイミド樹脂またはポリアミド樹脂を含むことを特徴とする。

本発明のフリップ用接着剤とは、ＬＥＤチップと基板電極とを接着する接着剤のことを示す。本発明のフリップ用接着剤は、ポリイミド樹脂を含む。本発明のフリップ用接着剤に含まれるポリイミド樹脂は、芳香族ポリイミド又は脂環式ポリイミドのいずれかでよい。ポリイミド樹脂のガラス転移温度は、２００〜３５０℃であることが好ましい。ポリイミド樹脂の原材料については、２官能性の酸無水物及び２官能性アミン化合物から得られるポリアミド酸をポリイミド樹脂の前駆体として用いるのが好ましい。２官能性の酸無水物としては、例えばテトラカルボン酸類二酸無水物及び脂肪族テトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。耐熱性の観点から、テトラカルボン酸二無水物などが好ましい。２官能性アミン化合物としては、芳香族ジアミンが挙げられる。ポリアミド樹脂としては、ポリベンゾオキサゾールまたは誘導体が好ましい。

また、ポリアミド酸の熱安定性を向上させるために、アミド酸の一部又は全部をエステル化してもよい。この場合には、２官能性の酸無水物及び２官能性アミン化合物の一方に芳香族基又は脂環式基が含まれていると、所望するポリイミドの高いＴｇが発現するため好ましい。芳香族基としては、例えばフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。脂環式基としては、例えば、炭素数が４〜３９の４価の脂環式基を含むものが好ましい。本発明に用いられるポリイミド樹脂は、上記のようにして得られるポリアミド酸若しくはポリアミド酸エステル、ポリイミド前駆体といわれるポリマー、又は既にポリイミド体から成る骨格を構造中に有する可溶性ポリイミドを溶媒に溶解させたポリイミド樹脂溶液でよい。

必要に応じて、本発明のフリップ用接着剤にシリコーン樹脂を添加することもできる。シリコーン樹脂の添加量は、ポリイミド樹脂１００部に対して５〜５００部が好ましい。また、必要に応じて、本発明のフリップ用接着剤に公知のエポキシ樹脂も添加することができる。添加量は、密着性を改善する観点からポリイミド樹脂１００部に対して１部〜１００部がさらに好ましい。

本発明の接続構造体に含まれる発光ダイオード（ＬＥＤ）チップは既知のものでよい。一般に、ＬＥＤとは、順方向に電圧を加えたときに発光する半導体素子をいう。そして、本発明の接続構造体に含まれるＬＥＤチップには、基板への接続のために、予めバンプが形成されている。

本発明の接続構造体に含まれるバンプとは、フリップチップ実装において金属パッド上に形成された突起をいう。バンプと基板電極との接続を可能にするために、金、アルミ、銀、白金、銅、ニッケル、チタン、タングステンなどを成分として含有するバンプが好ましい。

ＬＥＤバンプが接続される基板上の基板電極の材料は、基板上の配線材料と同じものでよい。例えば、基板電極材料としては、金、銅、銀、アルミ、白金、すず、ニッケルなどの成分を含む材料を用いるのが好ましい。また、ＬＥＤチップが接続される基板としては、アルミナ、窒化アルミナ、ポリイミド、ＰＥＴ、ＦＲ−５、ＦＲ−４、ポリカーボネート、銅箔つきセラミックス、銅箔つきメタル、アルミ基板、銅箔基板、チタン基板、ボロンナイトライド基板、金メッキなどの処理を施した基板などの公知の基板材料を用いることができる。

本発明の別の実施形態では、本発明は、ＬＥＤチップ上にバンプを形成する工程、及びバンプと基板電極とを上述のフリップ用接着剤を介して１００℃以上の温度で接続する工程を含む、接続構造体の製造方法に関する。

ＬＥＤチップ上にバンプを形成する工程は、既知の方法で行なわれることができる。例えば、特表２００２−５３８６２４号公報、特表２００２−５４０５９３号公報、及び特開平１０−１２９３２号公報に記載されているような方法が使用されることができる。

ＬＥＤチップ上のバンプと基板電極とを接続する工程では、本発明のフリップ用接着剤をＬＥＤチップと基板との間に充填する時又は充填する前に、加熱処理することが好ましい。加熱処理は、ＬＥＤチップのバンプと基板電極とを接続するか、又はＬＥＤチップ接続体を加熱硬化させるために行なわれる。加熱方法としては、超音波加熱、マッフル炉、圧着機などの加熱ヘッドを用いる方法が挙げられる。加熱処理することにより、一段のプロセスでＬＥＤチップ接続材（以下、「フリップ用接着剤」ともいう。）を硬化させ、かつバンプと基板電極とを接続できるので、接続構造体の生産性が著しく向上する。加熱処理を適切に行なうために、加熱温度は１００℃以上であることが好ましく、２００℃以上であることがさらに好ましい。この加熱温度は、フリップ用接着剤を十分に硬化させる温度であることが好ましい。１８０℃〜７００℃の加熱温度が最も好ましい。

また、加熱時の接続工程では、加圧機を用いて圧着することが好ましい。加圧機は、加熱機と同時に使用するとプロセスを短くできるなどの利点を有する。加圧の場合には、主にＬＥＤチップのバンプが、基板電極と十分な電気的接続を得られるまで加圧するのが好ましい。そのような場合には、加圧力は、ＬＥＤチップ１個当たり０．１〜５００００ｇｆが好ましく、０．１〜５０００ｇｆがさらに好ましい。また、超音波発生装置は、加熱を一部兼ねているが、接続に用いてもよい。

ＬＥＤチップ接続後のＬＥＤチップと基板との間のフリップ用接着剤のボイドは５体積％以下であることが好ましい。なお、本発明においてボイドとは、空隙率をいう。ボイドが５体積％以下である場合には、ＬＥＤチップ発熱時のチップの下面の膨れが抑制され、かつ断線が減るので好ましい。このとき、フリップ用接着剤は、溶剤などの揮発成分を極力含まないことが好ましい。

以下に本発明を実施例により説明する。実施例では、以下の材料及び装置を使用した。
ＬＥＤチップ 青色発光 ３８０ｎｍ波長
１ｍｍ角 １０個

フリップ用接着剤
Ａ ポリアミド樹脂
Ｂ ポリイミド樹脂＋シリコーン樹脂添加５％
Ｃ エポキシ樹脂
Ｄ エポキシ樹脂＋シリコーン樹脂添加５％

ＬＥＤチップ加熱／加圧機
上記青色ＬＥＤチップ１０個を下記条件にてフリップ接続した。
１−１ ２５０℃ ３０秒 ３ＭＰａ
１−２ ３５０℃ １０秒 ０．５ＭＰａ
１−３ ４２０℃ ２秒 ０．０２ＭＰａ

ＬＥＤチップ接続基板電極
２−１ ＰＷＢ基板 金メッキ／銅 電極
２−２ アルミ基板 金電極
２−３ ポリイミドフレキシブル基板 銀配線電極

＜信頼性試験＞
青色発光ＬＥＤチップを１０個接続後、３Ｖで発光させ続けたときのＬＥＤチップと接続基板間に存在するフリップ用接着剤の２０００時間後の劣化を観察した。２０００時間後でもフリップ用接着剤が剥がれてこない状態を良好とした。一方で、２０００時間後にフリップ用接着剤が剥がれている状態を不良とした。

＜ボイド＞
フリップ用接着剤を用いてＬＥＤチップを接合した時に、ＬＥＤチップのバンプがある側と接続基板との間に存在するフリップ用接着剤中のボイドの測定については、超音波顕微鏡（日本バーンズ社製Ｃ−ＳＡＭ）を用いて観察することにより、フリップ用接着剤中のボイド（体積％）を算出した。

＜実施例１＞
結果を下記表１に示す。

＜比較例＞
結果を下記表２に示す。

本発明に係る接続構造体は、ＬＥＤチップをフリップ実装することにより、簡単に集合体を作製することができるので、高密度な集合体のＬＥＤ表示素子を作製できる利点を有する。また、青色ＬＥＤを用いても接合樹脂が劣化しないので、本発明は、白色、青、赤、緑などの多色のＬＥＤに利用できる。

Claims (3)

1. ＬＥＤチップ、バンプ、基板電極、及びフリップ用接着剤を含む接続構造体であって、該フリップ用接着剤がポリイミド樹脂またはポリアミド樹脂を含むことを特徴とする接続構造体。
2. 前記フリップ用接着剤中のボイドが５体積％以下である、請求項１に記載の接続構造体。
3. 前記ＬＥＤチップ上に前記バンプを形成する工程、及び
   前記バンプと前記基板電極とを前記フリップ用接着剤を介して１００℃以上の温度で接続する工程
   を含む、請求項１又は２に記載の接続構造体の製造方法。