DE69734762T2 - Verbindungsstruktur und verfahren zum verbinden eines halbleiterbauelementes mit einem substrat - Google Patents

Verbindungsstruktur und verfahren zum verbinden eines halbleiterbauelementes mit einem substrat Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsstruktur für einen Halbleiterbaustein sowie ein Verfahren zum Verbinden eines Halbleiterbausteins mit einem Substrat (oder einer Leiterplatte).
  • Relevanter Stand der Technik
  • In den vergangenen Jahren haben Flüssigkristallanzeigeeinheiten zum Darstellen sichtbarer Information weit verbreitete Anwendung in elektronischen Geräten, beispielsweise Navigationssystemen, Fernsehgeräten, Handflächen-Rechnern, elektronischen Notizbüchern und tragbaren Telefonen gefunden. Insgesamt sind diese Flüssigkristallanzeigeeinheiten so aufgebaut, daß eine integrierte Schaltung zum Ansteuern der Flüssigkristalle, das heißt ein Halbleiterbaustein mit einem Flüssigkristallfeld verbunden ist und wahllose Teile, beispielsweise eine Hintergrundbeleuchtung und ein Gehäuse an dem Flüssigkristallfeld angebracht sind. Es ist üblich, daß dieses Flüssigkristallfeld so aufgebaut ist, daß ein Flüssigkristall zwischen mindestens zwei Substraten angeordnet ist und eine Polarisationsplatte, ein Farbfilter und sonstige Elemente angebracht sind, wenn nötig.
  • Es sind die verschiedensten Möglichkeiten erwogen worden, wie die integrierte Flüssigkristalltreiberschaltung mit dem Flüssigkristallfeld zu verbinden sei, zum Beispiel Verbindungsverfahren auf der Basis einer COB-Methode (Chip On Board – Chip auf Platte), einer COG-Methode (Chip on Glass – Chip auf Glas) oder dergleichen. Bei der COB-Methode wird die integrierte Schaltung zur Flüssigkristallansteuerung mittels eines ACF (Anisotropic Conductive Film – anisotroper leitfähiger Film) oder sonstige Verbindungssubstanzen mit einem isolierenden Substrat verbunden, auf dem sich ein Verdrahtungsmuster befindet, und dieses isolierende Substrat wird mittels thermischen Schweißens oder dergleichen mit dem Flüssigkristallfeld verbunden.
  • Bei der COG-Methode wird andererseits die integrierte Schaltung zur Flüssigkristallansteuerung unmittelbar mittels des ACF oder dergleichen mit einem Glassubstrat verbunden, welches Elektrodenanschlüsse besitzt. Sowohl bei der COB-Methode als auch der COG-Methode ist der Halbleiterbaustein, wie die integrierte Flüssigkristalltreiberschaltung auf dem Substrat angeordnet und mit ihm verbunden, beispielsweise dem isolierenden Substrat und dem Flüssigkristallglassubstrat.
  • Bei den genannten bekannten Verbindungsverfahren wird der anisotrope leitfähige Film (ACF) oder sonstige Verbindungssubstanzen gleichmäßig und kontinuierlich zwischen dem Substrat und der integrierten Schaltung zur Flüssigkristallansteuerung vorgesehen, ohne daß irgend ein Hohlraum oder leerer Raum zwischen ihnen verbleibt. Aus diesem Grund kann sich die integrierte Schaltung selbst verwerfen, wenn sie unter Druck mit dem Substrat vereinigt wird. Oder wenn die integrierte Schaltung zur Flüssigkristallansteuerung und/oder das Substrat sich aufgrund einer Temperaturän derung verformen, kommt es zu übermäßiger Beanspruchung an den Buckelstellen der integrierten Schaltung zur Flüssigkristallansteuerung, die mit den Elektroden auf dem Substrat in direkter Verbindung stehen. Infolgedessen kann die elektrische Verbindung instabil werden. Um solche Schwierigkeiten zu vermeiden, müssen die Bedingungen für das Vereinigen unter Druck im Hinblick auf die integrierte Schaltung zur Flüssigkristallansteuerung innerhalb geringer Toleranzen streng kontrolliert werden. Das bedeutet, daß ein kompliziertes Prozeßmanagement erforderlich ist.
  • Ferner ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-42738 eine Verbindungsstruktur offenbart worden, bei der in einer gedruckten Standardleiterplatte auf COB-Basis eine flexible Verbindungsschicht als Dämpfungsmaterial zwischen einem IC-Chip und einem Substrat angeordnet ist, um die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen ihnen zu verbessern. Bei dieser bekannten Verbindungsstruktur muß allerdings die flexible Verbindungsschicht ausschließlich zum Zweck der Abfederung und Dämpfung vorgesehen werden, was zu höheren Kosten für das Bauelement und die Fertigung führt.
  • Eine Verbindungsstruktur für einen Halbleiterbaustein gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 ist aus EP-A-0 517 071 bekannt. Ähnlicher Stand der Technik ist in US-A-5 187 123 offenbart. Mit beiden Veröffentlichungen ist beabsichtigt, Blasen oder Hohlräume innerhalb der Verbindungsschicht zu vermeiden.
  • Anisotropisch leitfähige Polymerfilme zur Verwendung als Verbindungsschichten sind in den folgenden Veröffentlichungen offenbart: IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manufacturing Technology, Bd. 13, Nr. 1, März 1990, SS. 229-234 und IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manufacturing Technology, Bd. 16, Nr. 8, Dezember 1993 SS. 972-977.
  • Eine Lotzwischenverbindung ist in US 4 604 644 A offenbart, um I/O-Verbindungen (Ein/Aus-Verbindungen) zwischen einem integrierten Halbleiterbaustein und einem Stützsubstrat zu schaffen, auf dem eine Vielzahl von Lotverbindungen in einer flächigen Matrix vorgesehen sind. Dabei wird ein Satz der I/O auf einer ebenen Oberfläche des Halbleiterbausteins mit einem entsprechenden Satz mittels Lot netzbarer Lötaugen auf einem Substrat vereinigt. Zwischen dem Baustein und dem Substrat ist ein Band aus dielektrischem, organischem Material vorgesehen und angeklebt, in dem mindestens eine äußere Reihe Lotverbindungen eingebettet ist, während die inneren Lotverbindungen in der Mitte und die angrenzenden Ober- und Unterseiten von dielektrischem Material frei bleiben.
  • Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Verbindungsbedingung eines Halbleiterbausteins zu einem Substrat nur durch Hinzufügen einer extrem einfachen Konstruktion beständig zu halten.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Dieses Ziel wird mit einer Halbleiterbaustein-Verbindungsstruktur gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 8 erreicht.
  • Bei dieser Verbindungsstruktur werden die Räume speziell im Verbindungsmaterial geschaffen, wenn die Haftung zwischen dem Halbleiterbaustein und dem Substrat herbeigeführt wird, so daß die Räume eine Verformung des Halbleiterbausteins und Sonstiger absorbieren und ihre Gestalt frei ändern in Abhängigkeit von der Verformung des Substrats oder des Halbleiterbausteins. Folglich kann sogar bei einer Verformung des Halbleiterbausteins oder des Substrats vermieden werden, daß übermäßig große Lasten auf die Elektrodenbereiche des Halbleiterbausteins ausgeübt werden, so daß der Zustand der elektrischen Verbindung des Halbleiterbausteins ständig in guter Kondition gehalten werden kann.
  • Die Räume werden in dem Verbindungsmaterial dadurch ausgebildet, daß eine integrierte Schaltung mit einem Druckkopf unter Druck gesetzt und gleichzeitig erhitzt wird, wie nachfolgend beschrieben. Wenn die Temperatur des Druckkopfes an das Verbindungsmaterial abgegeben wird, nimmt die Viskosität des Verbindungsmaterials rasch ab, so daß es nach außen fließt. Auf diese Weise können die Räume ausgebildet werden. Durch das Schaffen der Räume im Verbindungsmaterial kann folglich die Verformung des Halbleiterbausteins oder des Substrats entlastet werden.
  • In der oben beschriebenen Struktur, wie dem Halbleiterbaustein, kann ein IC-Chip und ein LSI-Chip in Betracht gezogen werden. Ferner kann im Fall einer Flüssigkristallanzeigeeinheit als Halbleiterbaustein eine integrierte Flüssigkristalltreiberschaltung in Erwägung gezogen werden. Als Substrat kann ein Isoliersubstrat gemäß COB-Methode oder ein transparentes Substrat gemäß COG-Methode ebenso wie verschiedene Substrate entsprechend anderen Verbindungsverfahren in Betracht gezogen werden. Als Verbindungsmaterial wird ein ACF (anisotroper leitfähiger Film) erwogen.
  • Der ACF wird durch Dispergieren leitfähiger Partikel in einem thermoplastischen Film oder einem Film aus duroplastischem Harz hergestellt und bietet ein Verbindungsmaterial, das Leitfähigkeit in einer einzigen Richtung besitzt, wenn es zum Verbinden unter Thermokompression verwendet wird.
  • Bei Verwendung des ACF werden die Anschlüsse auf dem Substrat und die Kontaktierungsbuckel des Halbleiterbausteins durch die leitfähigen Partikel miteinander elektrisch gekoppelt.
  • Wenn die integrierte Schaltung zur Flüssigkristallansteuerung als Halbleiterbaustein für eine Flüssigkristallanzeigeeinheit verwendet werden soll, wird eine Vielzahl von Kontaktierungsbuckeln in Reihen auf einer aktiven Oberfläche der integrierten Schaltung zur Flüssigkristallansteuerung angeordnet. Zur Erzielung dieser Anordnung in Reihen sind verschiedene Wege möglich. Wie beispielsweise 2 und 7 zeigen, gibt es ein Paar Buckelketten 28, 29, die in Reihen in Längsrichtung (zwei Reihen in den Darstellungen) und ein Paar Buckelketten 28, 28, die in Reihen (zwei Reihen in den Darstellungen) in Querrichtung in Ringform angeordnet sind. Außerdem kann, wie 8 zeigt, ein Paar Buckelketten 28, 29 nur in Längsrichtung oder nur in Querrichtung angeordnet sein.
  • Um den Halbleiterbaustein mit der vorstehend beschriebenen Buckelanordnung auf dem Substrat anzubringen, werden, wie 2 zeigt, in einem Klebstoff (Verbindungsmaterial) Räume 33 innerhalb einer Fläche ausgebildet, die von der ringförmigen Anordnung der Kontaktierungsbuckel umgeben ist, oder es werden, wie in 7 gezeigt, Räume 33 zwischen den jeweiligen Buckeln 28, 29 oder außerhalb der Buckelketten ausgebildet.
  • Die innerhalb des Klebstoffs auszubildenden Räume können dadurch geschaffen werden, daß eine Vielzahl von Räumen mit geringem Volumen nahe beieinander vorgesehen wird, wobei jeder Raum sich über die gesamte Dicke des ACF hinweg erstreckt.
  • Das Raumverhältnis, das heißt das Verhältnis der Räume zum Klebstoff nimmt vorzugsweise einen prozentualen Wert zwischen 5 % und 70 % an, wobei zwischen 10 % und 30 % noch mehr bevorzugt wird. Das liegt daran, daß es bei einem niedrigeren Raumverhältnis von unterhalb 5 % unmöglich ist, die Verformung oder (Beanspruchung) des Halbleiterbausteins oder Substrats zu absorbieren. Ist andererseits der Wert mehr als 70 %, nimmt die Zuverlässigkeit an der Verbindung zwischen dem Halbleiterbaustein und dem Substrat (insbesondere den auf dem Substrat ausgebildeten Anschlüssen) ab. Wenn die Räume mit einem Raumverhältnis von 5 % bis 70 % ausgebildet werden, kann also eine zuverlässige Verbindung erzielt werden. Insbesondere kann eine Struktur mit verbesserter Zuverlässigkeit der Verbindung erhalten werden, wenn das Raumverhältnis auf einem Wert zwischen 10 % und 30 % gesetzt wird.
  • Die Verbindungsschicht besteht aus einem Klebstoff auf Epoxybasis. Außerdem absorbiert die Verbindungsschicht die Verformung des Halbleiterbausteins oder des Substrats.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht ein Merkmal eines Verbindungsverfahrens zum Vereinigen eines Halbleiterbauelements mit einem Substrat darin, daß eine Verbindungsschicht zwischen dem Substrat und dem Halbleiterbaustein angeordnet wird, um diese miteinander zu vereinigen, und daß ein Druckkopf, der auf hohe Temperatur erhitzt wird, gegen den Halbleiterbaustein gepreßt wird, um die erwähnte Verbindungsschicht unter Druck zu setzen und zu erwärmen, damit das Substrat sich mit dem Halbleiterbaustein vereinigt, und die Räume in der genannten Verbindungsschicht ausgebildet werden. Bei dieser Konstruktion kann die Verformung des Halbleiterbausteins oder Substrats durch die Räume verringert werden, und es kann eine Verbindungsstruktur größerer Zuverlässigkeit erhalten werden. Darüber hinaus besteht die Verbindungsschicht aus einem Klebstoff auf Epoxybasis.
  • Eine Flüssigkristallanzeigeeinheit, welche die oben beschriebene Verbindungsstruktur des Halbleiterbausteins besitzt, ist aus einem Paar von Substraten zusammengesetzt, die einandergegenüber unter Zwischenschaltung eines Flüssigkristalls zwischen den Substraten angeordnet sind.
  • Wie schon gesagt, ist vorzugsweise das Raumverhältnis so eingestellt, daß es 5 % bis 70 erreicht, wobei 10 % bis 30 % noch mehr bevorzugt wird, so daß der Halbleiterbaustein und die auf dem Substrat ausgebildeten Elektrodenanschlüsse mit großer Zuverlässigkeit miteinander verbunden werden können.
  • Konkrete Beispiele eines elektronischen Geräts, in dem eine Flüssigkristallanzeigeeinheit gemäß dieser Erfindung Verwendung findet, sind verschiedene Arten von Geräten, beispielsweise ein Navigationssystem, ein Fernsehgerät, ein Handflächen-Rechner, ein elektronisches Notizbuch und ein tragbares Telephon. Im einzelnen ist eines der Beispiele ein elektronisches Gerät mit einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen zum Ansteuern von Halbleiterbausteinen, einer Flüssigkristallanzeigeeinheit, die zwischen diese Ausgangsanschlüsse geschaltet ist, und einer Eingabeeinheit. Die Flüssigkristallanzeigeeinheit umfaßt ein Paar Substrate, die einander gegenüber unter Zwischenschaltung eines Flüssigkristalls zwischen den Substraten angeordnet sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigt:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungsstruktur eines Halbleiterbausteins gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Draufsicht eines Verbindungsabschnitts eines Halbleiterbausteins gemäß einem Pfeil A in 1;
  • 3 eine seitliche Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Flüssigkristallanzeigeeinheit gemäß der Erfindung;
  • 4 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht der in 3 gezeigten Flüssigkristallanzeigeeinheit;
  • 5 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels elastischer Verbindungselemente zum elektrischen Verbinden einer Flüssigkristallanzeigeeinheit mit einem weiteren Schaltkreis im Innern eines elektronischen Geräts;
  • 6 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines tragbaren Telephons als Beispiel eines elektronischen Geräts gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
  • 7 eine Draufsicht eines abgewandelten Beispiels der Schaffung von Räumen in einem Klebstoff; und
  • 8 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Buckelanordnung auf einem Halbleiterbaustein.
  • Beschreibung der besten Art und Weise zum Ausführen der Erfindung.
  • 6 zeigt ein tragbares Telephon als ein Beispiel eines elektronischen Geräts, in dem eine Flüssigkristallanzeigeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet ist. Dieses tragbare Telephon ist mit einem oberen Gehäuse 1 und einem unteren Gehäuse 2 ausgestattet. Das obere Gehäuse 1 umfaßt eine PCB (gedruckte Leiterplatte), die eine Tastatur 10 bildet. Darüber hinaus umfaßt das untere Gehäuse 2 eine Steuerleiterplatte 3, auf der eine Steuer LSI angebracht ist sowie eine Grundplatte 4, auf der die Steuerplatte 3 angebracht ist. Eine Flüssigkristallanzeigeeinheit 5 gemäß dieser Erfindung ist auf der Grundplatte 4 angebracht. In Form eines Verdrahtungsmusters ist auf der Oberfläche der Grundplatte 4 eine Vielzahl von Ausgangsanschlüssen 6 zur Halbleiteransteuerung ausgebildet. In der Flüssigkristallanzeigeeinheit 5 ist eine Flüssigkristalltreiber-IC 7, das heißt ein Halbleiterbaustein angeordnet. Die Flüssigkristalltreiber-IC 7 ist mit den Ausgangsanschlüssen 6 zur Flüssigkristallansteuerung elektrisch verbunden, wenn die Flüssigkristallanzeigeeinheit 5 an der Grundplatte 4 angebracht ist. Die Flüssigkristallanzeigeeinheit 5 und weitere erforderliche Einheiten werden im unteren Gehäuse 2 angeordnet und dann das obere Gehäuse 1 von oben aufgesetzt. Auf diese Weise ist ein tragbares Telephon vervollständigt. Übrigens bezeichnet Bezugszeichen 20 einen Lautsprecher.
  • Wie beispielsweise in 4 gezeigt, umfaßt die Flüssigkristallanzeigeeinheit 5 ein Flüssigkristallfeld 8, eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 9, ein Abschirmgehäuse 11 und einen elastischen Verbinder 12. Das Flüssigkristallfeld 8 umfaßt, wie aus 3 hervorgeht, ein erstes Flüssigkristallhaltesubstrat 13 aus transparentem Glas und ein zweites Flüssigkristallhaltesubstrat 14 aus transparentem Glas. Auf der Innenfläche des ersten Substrats 13 sind transparente Elektroden 18 ausgebildet, während transparente Elektroden 19 auf der Innenfläche des zweiten Substrats 14 ausgebildet sind. Diese Elektroden sind aus ITO (Indium Thin Oxide) oder einem sonstigen transparenten, leitfähigen Material gemacht.
  • An Außenflächen des ersten und zweiten Substrats sind außerdem Polarisationsplatten 16a bzw. 16b angeheftet, die als Polarisationseinrichtung dienen. Das erste Substrat 13 und das zweite Substrat 14 sind mittels einer Dichtungsmasse 17 flüssigkeitsdicht vereinigt, wobei die Masse in einem ringförmigen Muster mit einem gewissen Spalt angeordnet ist, dem sogenannten Zellenspalt zwischen den beiden Substraten. In diesem Zellenspalt ist außerdem Flüssigkristall versiegelt. In einem rechten Endabschnitt sind auf der Innenfläche eines Teils 13a des ersten Substrats 13, der über die Kante (die rechte Seite in 3) des zweiten Substrats 14 vorsteht, Halbleitereingangsanschlüsse 21 ausgebildet. Die Flüssigkristalltreiber-IC 7 als Halbleiterbaustein ist mittels einer Verbindungsschicht 31 unmittelbar an das erste Substrat 13 geklebt, wodurch Ausgangsbuckel 28 der IC 7 mit den transparenten Elektroden 18 verbunden sind, während Eingangsbuckel 29 der IC 7 mit den Halbleitereingangsanschlüssen 21 verbunden sind.
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist also mit einer Flüssigkristallanzeigeeinheit ausgestattet, das heißt einer Flüssigkristallanzeigeeinheit des Typs COG (Chip on Glass – Chip auf Glas), wobei die Flüssigkristalltreiber-IC 7 unmittelbar mit dem Substrat 13 verbunden ist, welches Teil des Flüssigkristallfeldes 8 ist.
  • Wie 3 zeigt, weist die Hintergrundbeleuchtungseinheit 9 einen Lichtwellenleiter 22 und eine Vielzahl (zum Beispiel vier) LED (Leuchtdioden) 23 auf, die an einem linken Endbereich des Lichtwellenleiters 22 befestigt sind. Wie 4 zeigt, ist in einem rechten Endbereich des Lichtwellenleiters 22 außerdem ein Loch 24 in Form eines rechteckigen Quaders ausgebildet, welches als Führung für den elastischen Verbinder 12 dient. 3 zeigt, daß dieses Führungsloch 24 in solcher Abmessung vorgesehen ist, daß es den elastischen Verbinder 12 mit keinem wesentlichen Spielraum oder Spalt oder mit gar keinem aufnimmt.
  • Der elastische Verbinder 12 ist, wie 5 zeigt, mit einem elektrisch isolierenden, elastischen Material versehen und hat beispielsweise einen elastischen nahen Abschnitt 25 aus Silikonkautschuk, der eine säulenartige Gestalt mit halbkreisförmigem Querschnitt hat und eine große Anzahl leitfähiger Abschnitte 26, die parallel zueinander auf der halbkreisförmigen äußeren Umfangsfläche des elastischen nahen Abschnitts 25 vorgesehen sind. Ein elastisches Material ist zwischen jedem Paar einander benachbarter leitfähiger Abschnitte vorgesehen, um einen nichtleitfähigen Abschnitt zu bilden. Es ist dafür gesorgt, daß die Breite des nichtleitfähigen Abschnitts von 15 μm bis 25 μm beträgt. Bezugszeichen W in der Darstellung gibt die Trennung zwischen einander benachbarten leitfähigen Abschnitten 26 wieder, den sogenannten Abstand leitfähiger Abschnitte, der normalerweise auf W = 30 μm bis 50 μm eingestellt ist.
  • Um die Flüssigkristallanzeigeeinheit dieses Ausführungsbeispiels auf der Grundplatte 4 des tragbaren Telephons (6) anzuordnen, wird, wie 4 zeigt, der elastische Verbinder 12 in das Führungsloch 24 im Lichtwellenleiter 22 eingesetzt, die Rückbeleuchtungseinheit 9 an einer gegebenen Stelle auf der Grundplatte 4 angeordnet, das Flüssigkristallfeld 8 an einer gegebenen Stelle auf der Hintergrundbeleuchtungseinheit 9 vorgesehen und das Abschirmgehäuse 11 auf das Flüssigkristallfeld 8 und die Hintergrundbeleuchtungseinheit 9 aufgesetzt, wobei ein Druck ausübendes Glied 30 aus Silikonkautschuk oder einem sonstigen elastischen Material dazwischengelegt wird. Ferner werden, wie aus 3 hervorgeht, die Grundplatte 4 und das Abschirmgehäuse 11 durch Verformung eines verstemmbaren Haltegliedes 27 angezogen und aneinander befestigt.
  • Hierbei wird der elastische Verbinder 12 zusammengepreßt und durch die Wirkung des Druck ausübenden Gliedes 30 in vertikaler Richtung elastisch verformt, woraufhin aufgrund der elastischen Rückstellkraft des elastischen nahen Abschnitts 25 die leitfähigen Abschnitte 26 (siehe 5) sowohl mit den Halbleitereingangsanschlüssen 21 auf seiten des Flüssigkristallfeldes 8 als auch mit den Ausgangsanschlüssen 6 zur Halbleiteransteuerung auf seiten der Grundplatte 4 fest in Berührung gelangen.
  • Was das Zusammenpressen des elastischen Verbinders 12 betrifft, ist es auch möglich, statt ein zweckgebundenes Bauelement, wie das Druck ausübende Glied 30 vorzubereiten, den entsprechenden Teil des Abschirmgehäuses 11 so zu verformen, daß er nach innen vorsteht und an diesem Teil des Abschirmgehäuses 11 eine Rippe bildet, so daß diese Rippe den elastischen Verbinder 12 zusammendrücken kann.
  • Wenn die Flüssigkristallanzeigeeinheit wie vorstehend beschrieben zusammengebaut ist, wird ein elektrisches Signal ebenso wie Flüssigkristallansteuerleistung von der Steuerplatte 3 (6) über die Eingangsanschlüsse 6 zum Ansteuern des Halbleiters, den elastischen Verbinder 12 (3) und die Halbleitereingangsanschlüsse 21 an die Flüssigkristalltreiber-IC 7 geliefert. Dementsprechend steuert die Flüssigkristalltreiber-IC 7 die an die Elektroden 18, 19 angelegten Spannungen. Aufgrund dieser Spannungssteuerung erscheint eine sichtbare Abbildung in einem effektiven Anzeigebereich des Flüssigkristallfeldes 8.
  • Mit diesem Ausführungsbeispiel wird die Montagearbeit extrem leicht, denn es ist nur der elastische Verbinder 12 zwischen den Halbleitereingangsanschlüssen auf seiten des Flüssigkristallfeldes 8 angeordnet und die Ausgangsanschlüsse 6 zum Ansteuern des Halbleiters auf seiten des tragbaren Telephons, und beide können elektrisch miteinander verbunden werden. Da außerdem der elastische Verbinder 12 in dem Führungsloch 24 steckt, wird der elastische Verbinder 12 zwar komprimiert, aber nicht gewölbt oder verbogen, wenn eine Kraft auf den elastischen Verbinder 12 einwirkt. Der Zustand der elektrischen Verbindung zwischen den Halbleitereingangsanschlüssen und den Ausgangsanschlüssen 6 zum Ansteuern des Halbleiters kann also immer beständig gehalten werden.
  • Wie aus 1 hervorgeht, ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Flüssigkristalltreiber-IC 7 mittels der Verbindungsschicht 31 an das erste Substrat 13 geheftet. Die Verbindungsschicht 31 besteht aus einem ACF (anisotroper leitfähiger Film) 32, der als Klebstoff dient, und im Innern des ACF 32 ist eine Vielzahl von Höhlungen oder Räumen 33 ausgebildet. Der ACF 32 ist durch Dispergieren einer großen Anzahl leitfähiger Partikel 34 in einem Harzfilm mit Adhäsionseigenschaften gebildet, und die Ausgangsbuckel 28 der IC 7 sind durch die leitfähigen Partikel 34 mit den transparenten Elektroden 18 elektrisch verbunden, während die Eingangsbuckel 29 durch die leitfähigen Partikel 34 mit den Halbleitereingangsanschlüssen 21 elektrisch verbunden sind. Ferner sind die Buckel 28, die Buckel 29 und die Bereiche zwischen den Anschlüssen mit Hilfe eines Harzes, das Klebstoffeigenschaften hat, in isoliertem Zustand gehalten.
  • 2 zeigt den Verbindungsbereich der Flüssigkristalltreiber-IC 7 in Richtung eines Pfeiles A in 1 gesehen. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß die Vielzahl von Räumen 33 nahe beieinander innerhalb eines Bereichs liegen, der von den Buckeln 28, 29 umgeben ist, die in zwei Reihen in Längsrichtung angeordnet sind, sowie von Buckeln 28, 28, die in zwei Reihen in Querrichtung angeordnet sind, mit anderen Worten, innerhalb einer Fläche, die von der Vielzahl Buckel 28, 29 umgeben ist, welche ringartig angeordnet sind. Obwohl in der Darstellung gemäß 2 die Buckel 28 und 29 fehlen, sind doch Buckel in den Umfangsendbereichen der Substrate ebenso ausgebildet wie gezeigt.
  • Um die Flüssigkristalltreiber-IC 7 mit dem Substrat 13 zu vereinigen, wird die Flüssigkristalltreiber-IC 7 erwärmt und unter gegebenem Druck gegen das Substrat 13 gepreßt, wobei der ACF 32 zwischen der IC 7 und dem Substrat 13 angeordnet ist. In diesem Fall besteht der ACF 32 vorzugsweise aus einem Klebstoff auf Epoxybasis. Eine ausgezeichnete Haftungseigenschaft kann insbesondere dann erhalten werden, wenn er mit Molekülen einschließlich eines Epoxyradikals von verhältnismäßig geringem Molekulargewicht gebildet ist.
  • Während dieses Prozesses der Erwärmung und Druckbeaufschlagung kann sich die Flüssigkristalltreiber-IC 7 verwerfen, und wenn sie sich verwirft, kann in den Verbindungsstellen der Buckel 28 und 29 eine übermäßig starke Spannung auftreten, was die elektrische Verbindung in instabilen Zustand versetzt. Auch wenn die Temperatur in der Flüssigkristalltreiber-IC 7 schwankt, kann die IC 7 und/oder das Substrat 13 sich verformen, was den Verbindungszustand der Buckel 28 und 29 instabil macht.
  • Wenn andererseits die Räume 33 innerhalb des ACF 32 wie bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, können sich die Räume 33, wenn sich die Flüssigkristalltreiber-IC 7 verformt, entsprechend der Verformung der IC 7 frei verformen und die Verformung der IC 7 absorbieren. Folglich kann eine übermäßige Beanspruchung der Verbindungsstellen der Buckel 28, 29 vermieden werden.
  • Die Art, wie die Räume 33 innerhalb des ACF 32 ausgebildet werden, ist nicht auf ein spezifisches Verfahren beschränkt. Wenn beispielsweise die Bedingung zum Verbinden unter Druck für das Vereinigen der Flüssigkristalltreiber-IC 7 mit dem Substrat 13 in geeigneter Weise für den Gebrauch der Flüssigkristalltreiber-IC eingestellt wird, können die Räume 33 hergestellt werden. Folgende Bedingungen sind als ein Beispiel für die Bedingung zur Verbindung unter Druck aufgeführt:
    • 1.) Flüssigkristalltreiber-IC 7 : SED1220 (hergestellt von Seiko Epson Co., Ltd.) In 2 hat diese integrierte Schaltung eine Abmessung von L × W = 7,7 mm × 2,8 mm, und die Anzahl der Buckel ist etwa 200, die Buckelgröße beträgt 80 μm × 120 μm.
    • 2.) ACF 32: CP8530 (hergestellt von Sony Chemical Co., Ltd.)
    • 3.) Erwärmungstemperatur für ACF: 180 bis 230° C (mittlere Temperatur = 200 bis 210° C). Die vorstehend genannte ACF Temperatur kann erhalten werden, wenn der ACF dadurch unter Druck gesetzt und erhitzt wird, daß die IC 7 mit einem auf hohe Temperatur erhitzten Druckkopf gepreßt wird, vorausgesetzt, daß die Temperatur des der Druckbeaufschlagung dienenden Kopfes auf 260 bis 360°C eingestellt ist (mittlere Temperatur = etwa 300°C).
    • 4.) Druckbeaufschlagende Kraft des druckbeaufschlagenden Kopfes: 12 kgf bis 20 kgf (1 kgf = 9,81 N)
    • 5.) Druckbeaufschlagungszeit des Druckbeaufschlagungskopfes: 10 Sekunden Wenn die Flüssigkristalltreiber-IC 7 mit dem Substrat 13 unter den vorstehend genannten Bedingungen (1) bis (5) vereinigt wurde, hat sich eine Vielzahl von Räumen 33 im ACF 32 gebildet, wie schematisch in 2 gezeigt.
  • Diese Räume werden im ACF ausgebildet, wenn während des Verfahrens der Erwärmung und Druckbeaufschlagung die Viskosität des Klebstoffs bei der anfänglichen Prozeßerwärmung rasch abnimmt (Prozeß während etwa 0,1 bis 0,5 Sekunden), so daß ein Teil der Verbindungsschicht nach außen zur Außenseite des Halbleiterbauelements fließt. Das Raumverhältnis (Verhältnis des Raums zum ACF) liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 % bis 70 %. Das liegt daran, daß bei einem Verhältnis von unterhalb 5 % die auf dem ACF lastende Beanspruchung nicht absorbiert werden kann. Wenn im Gegensatz dazu das Raumverhältnis 70 % übersteigt, ist das Raumverhältnis zu groß, um die Anschlüsse (oder die Elektroden) mit großer Zuverlässigkeit miteinander verbinden zu können. Infolgedessen wird das Raumverhältnis vorzugsweise innerhalb dieses Bereichs eingestellt. Um aber mit besonders großer Zuverlässigkeit eine Verbindung herzustellen, wird vorgezogen, das Raumverhältnis in einem Bereich von 10 % bis 30 % einzustellen. Wenn das Raumverhältnis so eingestellt ist, daß es innerhalb dieses Bereichs liegt, kann die interne Beanspruchung reduziert werden, ohne die Haftfestigkeit zu verlieren, die mit großer Zuverlässigkeit eine Verbindung bietet.
  • 7 zeigt eine Abwandlung des Verfahrens zur Schaffung der Räume 33. Der Unterschied dieser Abwandlung gegenüber dem vorstehend beschriebenen, in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß zusätzlich zur Schaffung der Räume 33 zwischen den Buckelketten 28, 29 in Längsrichtung und zwischen den Buckelketten 28, 28 in Querrichtung die Räume 33 zwischen den jeweiligen Buckeln und außerhalb des Paares der Buckelketten gebildet werden. Selbst wenn die Räume auf diese Weise angeordnet werden, kann die Verbindung der Halbleiterbausteine mit dem Substrat beständig eingehalten werden. Auch wenn 7 unter Weglassung der Buckel 28 und 29 dargestellt ist, sind um die Endbereiche des Substrats ebenso Buckel gebildet wie die dargestellten Buckel 28 und 29. Abwechselnde lange und kurze Strichpunktlinien zeigen die Buckel an. Auch sind 8 oder 2 unter Weglassung der Buckel dargestellt, aber die Buckel, wie die gezeigten Buckel 28, 29 sind um die Endbereiche der Substrate herum ausgebildet.
  • In 8 ist eine Abwandlung der Buckelanordnung gezeigt. Der Unterschied dieser Abwandlung gegenüber dem vorstehend beschriebenen, in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß statt die Vielzahl Buckel 28, 29 in ringförmiger Gestaltung anzuordnen, die Buckel in Reihen nur in Längsrichtung vorgesehen sind. Bei dieser Abwandlung ist eine Vielzahl von Räumen 33 zwischen den Buckelketten 28, 29 vorgesehen. Aber statt dieser Räume oder zusätzlich zu ihnen können auch Räume 33 zwischen den jeweiligen Buckeln und/oder außerhalb der Buckelketten vorgesehen sein.
  • Die Erfindung ist vorstehend an einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden; aber die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern deckt auch verschiedene Änderungen innerhalb der in den Ansprüchen beschriebenen technischen Bereiche mit ab.
  • Zum Beispiel ist die Verbindungsstruktur des Halbleiters und die Flüssigkristallanzeigeeinheit gemäß dieser Erfindung auf verschiedene andere elektronische Geräte als ein tragbares Telephon anwendbar, beispielsweise ein Navigationssystem, ein Fernsehgerät, einen Handflächen-Rechner und ein elektronisches Notizbuch, wo eine sichtbare Informationsanzeige erforderlich ist.
  • Die 3 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Erfindung auf eine Flüssigkristallanzeigeeinheit des COG-Typs (Chip On Glass – Chip auf Glas) angewandt ist. Die Erfindung ist aber auch für andere Arten von Flüssigkristallanzeigeeinheiten geeignet, beispielsweise eine Flüssigkristallanzeigeeinheit des COB-Typs (Chip On Board – Chip auf Platte).
  • Bei den in 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Ausgangsanschluß 6 auf seiten des tragbaren Telephons als elektronischem Gerät mit dem Eingangsanschluß 21 auf seiten des Flüssigkristallfeldes 8 durch den elastischen Verbinder 12 elektrisch verbunden. Das Verbindungsverfahren zum Verbinden der beiden ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Erfindung umfaßt zum Beispiel auch den Fall einer Verbindung beider Anschlüsse mittels FPC (Flexible Printed Circuit – flexible Leiterplatte).

Claims (10)

  1. Verbindungsstruktur eines Halbleiterbausteins zum Verbinden des Halbleiterbausteins (7) mit einem Substrat (13) und zum elektrischen Verbinden von Buckeln (28, 29) des Halbleiterbausteins (7) mit Anschlüssen (18, 21) auf dem Substrat (13), wobei eine Verbindungsschicht (31) zwischen dem Halbleiterbaustein (7) und dem Substrat (13) angeordnet ist, die ein Verbindungsmaterial zum Anheften des Halbleiterbausteins (7) an dem Substrat (13) umfaßt und wobei innerhalb des Verbindungsmaterials eine Vielzahl von Räumen (33) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Raum (33) sich durch die gesamte Dicke der Verbindungsschicht (31) erstreckt und das Verbindungsmaterial ein anisotroper leitfähiger Film ist, bei dem leitfähige Partikel (34) in einem Harzfilm dispergiert sind.
  2. Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buckel (28, 29) in Reihen angeordnet sind, und daß die Räume (33) zwischen Buckelreihen und/oder außerhalb der Buckelreihen und/oder zwischen den Buckeln (28, 29) ausgebildet sind.
  3. Verbindungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume (33) nahe beieinander angeordnet sind.
  4. Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Räume (33) zu dem Verbindungsmaterial 5 % bis 70 % ist.
  5. Verbindungsstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Räume (33) zu dem Verbindungsmaterial 10 % bis 30 % ist.
  6. Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (31) aus einem Verbindungsmaterial auf Epoxybasis gemacht ist.
  7. Verbindungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (13) mindestens eines von zwei Flüssigkristall-Haltesubstraten einer Flüssigkristallanzeigeeinheit ist, die in einander mit dazwischen befindlichem Flüssigkristall gegenüberliegend angeordnet sind.
  8. Verfahren zum Verbinden eines Halbleiterbausteins (7) mit einem Substrat (13) und elektrischem Anschließen von Buckeln (28, 29) des Halbleiterbausteins (7) an Anschlüsse (18, 21) auf dem Substrat (13), folgende Schritte aufweisend: Anordnen einer Verbindungsschicht (31) zwischen dem Halbleiterbaustein (7) und dem Substrat (13), um darin Adhäsion zu erwirken; und Vereinigen des Substrats (13) und des Halbleiterbausteins (7) miteinander dadurch, daß ein auf eine hohe Temperatur erhitzter Druckbeaufschlagungskopf gegen den Halbleiterbaustein (7) gepreßt wird, um die Verbindungsschicht (31) unter Druck zu setzen und zu erwärmen und dadurch eine Vielzahl von Räumen (33) innerhalb der Verbindungsschicht (31) zu schaffen; dadurch gekennzeichnet, daß jeder Raum (33) so ausgebildet wird, daß er sich durch die gesamte Dicke der Verbindungsschicht (31) erstreckt, und die Verbindungsschicht gebildet wird, indem leitfähige Partikel (34) in einem Harzfilm dispergiert werden, um einen anisotropen leitfähigen Film zu erhalten.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmaterial aus einem Verbindungsmaterial auf Epoxybasis gemacht wird.
  10. Elektronisches Gerät mit einer Vielzahl von einen Halbleiter ansteuernden Ausgangsanschlüssen und einer Verbindungsstruktur nach Anspruch 7.
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