CN110581080B - 超声波接合装置及超声波接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超声波接合装置及超声波接合方法，即使在配线间隔狭窄的情况下，也不会发生短路不良等，易于实现平面部件之间的电连接。超声波接合装置具有：供设置应接合的第一平面部件和第二平面部件的载置台；超声波变幅杆，其具有压靠第一平面部件和所述第二平面部件的叠层部分的按压部。载置台具有：供设置第一平面部件的低位侧表面；供设置第二平面部件的高位侧表面，其相对于低位侧表面以规定的台阶高度处于高的位置；和台阶壁面，其位于低位侧表面和高位侧表面的边界。

Description

超声波接合装置及超声波接合方法
技术领域
本发明涉及超声波接合装置及超声波接合方法。
背景技术
例如，如专利文献1所示，已知有经由各向异性导电膜(Anisotropic ConductiveFilm：以下ACF)将成为显示屏基板的玻璃基板的配线与柔性配线基板(FPC)等连接的技术。
但是，近年来，配线图案的节距间隔变得狭窄，在通过ACF连接的情况下，配线间的短路不良成为课题。
现有技術文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-186517号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明鉴于这种实际情况，其目的在于，提供一种超声波接合装置及超声波接合方法，即使在配线间隔狭窄的情况下，也不会发生短路不良等，易于实现平面部件之间的电连接。
用于解决问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的超声波接合装置具有：
供设置应接合的第一平面部件和第二平面部件的载置台；
超声波变幅杆，其具有压靠所述第一平面部件和所述第二平面部件的叠层部分的按压部，
其中，所述载置台具有：
供设置所述第一平面部件的低位侧表面；
供设置所述第二平面部件的高位侧表面，其相对于所述低位侧表面以规定的台阶高度处于高的位置；和
台阶壁面，其位于所述低位侧表面和所述高位侧表面的边界。
为了使用本发明的超声波接合装置进行第一平面部件和第二平面部件的超声波接合，首先，以将该第一平面部件的端部与所述台阶壁面对准(位置合わせ，对位)的方式将第一平面部件设置于所述低位侧表面。接着，以形成第二平面部件的至少一部分叠层于第一平面部件上的叠层部分的方式在高位侧表面设置第二平面部件。之后，如果在与台阶壁面对应的位置将超声波变幅杆的按压部压靠所述叠层部分，那么超声波接合结束。
在本发明的超声波接合装置中，由于在载置台的表面有台阶壁面，因此，利用该台阶壁面，第一平面部件和第二平面部件的对准变得容易，能够进行这些配线图案之间的超声波接合。因此，例如即使在配线间隔狭窄到几十μm以下的程度的情况下，也不会发生短路不良等，易于实现平面部件之间的电连接。
另外，最近，因为如智能手机等的显示屏等那样，要求接近装置的外形尺寸的宽显示屏，所以不得不缩短配线图案之间的接合长度，其连接可靠性成为问题。根据本发明的装置，能够通过超声波接合进行金属之间的固相结合，连接的可靠性也提高。
而且，在本发明的超声波接合装置中，由于在载置台的表面有台阶壁面，所以第一平面部件和第二平面部件的叠层部的宽度例如即使在达到60mm以上的情况下，也能够对配线图案彼此可靠地进行超声波接合。
优选的是，所述载置台具有：
第一固定单元，其以所述第一平面部件的端部与所述台阶壁面接触地定位的方式将所述第一平面部件可拆装地固定于所述低位侧表面；和
第二固定单元，其以所述第二平面部件的至少一部分叠层于所述第一平面部件上的方式将所述第二平面部件可拆装地固定于所述高位侧表面。
作为第一固定单元，没有特别限制，例如，例示了形成于载置台的低位侧表面的多个第一吸附孔。通过向多个第一吸附孔导入负压，能够将第一平面部件可拆装地固定于低位侧表面。另外，同样地，作为第二固定单元，没有特别限制，例如，例示了形成于载置台的高位侧表面的多个第二吸附孔。通过向多个第二吸附孔导入负压，能够将第二平面部件可拆装地固定于高位侧表面。
优选的是，本发明的超声波接合装置具有：
移动机构，其使所述超声波变幅杆相对于所述载置台相对移动；
控制单元，其控制所述移动机构以使所述超声波变幅杆的按压部在与所述台阶壁面对应的位置压靠所述叠层部分。
作为移动机构，也可以为使超声波变幅杆相对于载置台移动的机构、使载置台相对于超声波变幅杆移动的机构、或这两种机构。移动机构至少包括使超声波变幅杆相对于载置台向相对靠近的方向或者其反方向移动的机构。另外，移动机构优选包括使超声波变幅杆相对于载置台沿平面方向相对移动的机构。
优选的是，所述台阶高度与所述第一平面部件的厚度相同或比其小。通过这样构成，即使载置台有制造误差，第一平面部件的上表面也不会相对于高位侧表面变低，第一平面部件的上表面与高位侧表面齐平或者稍向上侧突出。因此，在将第二平面部件设置于高位侧表面的情况下，在它们的叠层部(重复部)，第一平面部件和第二平面部件一定会接触。因此，能够可靠地进行超声波接合，进一步提高了连接部的可靠性。
优选的是，以所述超声波变幅杆的按压部在距所述台阶壁面规定范围按压位于所述低位侧表面上的所述叠层部的方式通过所述控制单元控制所述移动机构。超声波变幅杆的按压部优选不按压位于高位侧表面的第二平面部件，优选仅按压叠层部进行超声波接合。通过这样构成，不会产生配线图案的断线等，配线图案之间的超声波接合的可靠性进一步提高。
本发明的超声波接合方法具有以下工序：
准备载置台，所述载置台具有低位侧表面、高位侧表面及台阶壁面，所述高位侧表面相对于所述低位侧表面以规定的台阶高度处于高的位置，所述台阶壁面位于所述低位侧表面和所述高位侧表面的边界；
以将第一平面部件的端部与所述台阶壁面对准的方式将该第一平面部件设置于所述低位侧表面；
以形成第二平面部件的至少一部分叠层于所述第一平面部件上的叠层部分的方式在所述高位侧表面设置第二平面部件；
在与所述台阶壁面对应的位置将超声波变幅杆的按压部压靠所述叠层部分。
在本发明的超声波接合方法中，由于在载置台的表面有台阶壁面，所以利用该台阶壁面，第一平面部件和第二平面部件的对准变得容易，能够进行这些配线图案之间的超声波接合。因此，例如，即使在配线间隔狭窄到几十μm以下的程度的情况下，也不会发生短路不良等，易于实现平面部件之间的电连接。此外，优选的是，超声波的振动方向不是叠层部的叠层方向，是沿着被接合的配线图案彼此的长度方向的方向。
另外，最近，因为如智能手机等的显示屏等那样，要求接近装置的外形尺寸的宽显示屏，所以不得不缩短配线图案之间的接合长度，其连接可靠性成为问题。根据本发明的方法，能够通过超声波接合进行金属之间的固相结合，连接的可靠性也提高。
而且，在本发明的超声波接合方法中，由于在载置台的表面有台阶壁面，因此即使在第一平面部件和第二平面部件的叠层部的宽度例如达到60mm以上的较宽的情况下，也能够对配线图案彼此可靠地进行超声波接合。
优选的是，在与所述第二平面部件的叠层的所述第一平面部件的表面形成有第一金属，
在与所述第一平面部件叠层的所述第二平面部件的表面形成有第二金属，在所述超声波变幅杆的按压部接触的所述叠层部分，通过超声波将所述第一金属和所述第二金属固相结合。
优选的是，形成于第一平面部件的配线图案的连接部由第一金属构成，形成于第二平面部件的配线图案的连接部由第二金属构成。通过超声波接合将它们固相结合。作为这些金属，只要是可进行超声波接合的金属(含合金)，则没有特别限制，例示了银、金、铝、或者以它们为主成分的合金等。此外，在这些金属的表面也可以形成有以钛等为主成分的抗氧化膜。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的超声波接合装置的概略结构图。
图2是表示使用图1所示的装置的超声波接合方法的一工序的概略图。
图3是表示图2的后续的概略图。
图4是表示图3的后续的概略图。
图5A是表示图4的后续的概略图。
图5B是表示图5A的后续的概略图。
符号说明
2:超声波接合装置
4：电子控制基板(第一平面部件)
4a：配线图案
6：柔性基板(第二平面部件)
6a：配线图案
8：基板接合体
10：载置台(ステージ)
10a：低位侧表面
10a1：接合位置
10a2：待机位置
10b：高位侧表面
10c：台阶壁面
11：待机吸附孔
12：第一吸附孔
14：第二吸附孔
20：搬送头
30：摄像头(カメラ)
50：超声波变幅杆(ホーン，变幅器)
50a：按压部
具体实施方式
以下，基于附图所示实施方式对本发明进行说明。
对使用图1所示的本发明一实施方式的超声波接合装置2进行图2～图5B所示的超声波接合方法，制造图5B所示的基板接合体8的方法进行说明。
如图5B所示，基板接合体8具有作为第一平面部件的电子控制基板4和作为第二平面部件的柔性基板6。电子控制基板4也可以为例如液晶显示面板、有机EL显示面板、或者其他的显示面板，例如也可以包含玻璃基板。
柔性基板6为用于向电子控制基板4供给某些信号和电力的基板，电子控制基板4的配线图案4a和柔性基板6的配线图案6a按每个图案电连接。
此外，在图5B所示的基板接合体8上，在将配线图案4a和配线图案6a进行了超声波接合之后，柔性基板6从电子控制基板4的配线图案4a侧的端部向背侧折弯，例如收容于智能手机的外壳的内部。通过这样构成，能够将接近外壳的外形尺寸的整个表面作为电子控制基板4的显示屏利用。
从这个观点出发，配线图案4a和配线图案6a的X轴方向的重复宽度x1(参照图5A)要求设置地尽可能小，例如0.5mm以下，优选0.2mm以下。另外，在屏幕显示的高微细化的同时，配线图案4a及配线图案6a的Y轴方向的配线间隔变小，例如变为几十μm以下，优选为20μm以下的程度。此外，在图中，基板6的厚度以与基板4相同程度的厚度绘制，但是实际上，与基板4的厚度相比，基板6的厚度小，但也可以相同且也可以相反。
在本实施方式中，为了将电子控制基板4的配线图案4a和柔性基板6的配线图案6a按每个图案电连接，使用图1所示的超声波接合装置2。
如图1所示，本实施方式的超声波接合装置2具有：载置台10，其上设置应接合的电子控制基板4和柔性基板6；超声波变幅杆50，其具有压靠(接触)电子控制基板4和前柔性基板6的叠层部分的按压部50a。
另外，在载置台10的Z轴方向的上部，相对于载置台10在X轴、Y轴及Z轴方向上可相对移动地配置搬送头20。而且，在载置台10的Z轴方向的上部，以Z轴方向的位置与搬送头20错开的方式相对于载置台10至少在X轴及Y轴方向上可相对移动的配置摄像头30。此外，摄像头30也与搬送头20一样，也可以相对于载置台10在Z轴方向上可相对移动地配置。
另外，超声波变幅杆50在与搬送头20及摄像头30不冲突的位置相对于载置台10在X轴、Y轴及Z轴方向上可相对移动地配置。可相对移动是指一者可以相对于另一者移动，另一者可以相对于一者移动，或者，一者和另一者也可以移动的意思，一者和另一者的相对位置是变化的。
通过未示出的控制单元控制载置台10、超声波变幅杆50、吸附头20及摄像头30的相对移动机构。控制单元可以兼做装置2的控制装置，也可以进行通过摄像头30获取的图像的图像处理、后述的吸附孔11、12、14的负压控制。作为控制单元，可以为专用的控制电路，也可以由具有控制程序的通用计算机构成。
此外，在附图中，X轴、Y轴及Z轴相互大致垂直，Z轴与装置2的高度方向一致，X轴与电子控制基板4或者柔性基板6的长度方向一致，Y轴与电子控制基板4或者柔性基板6的宽度方向一致。另外，X轴及Y轴与电子控制基板4的显示面大致平行。
在载置台10的Z轴上表面至少形成有设置电子控制基板4的低位侧表面10a、相对于低位侧表面10a以规定的台阶高度z1处于高的位置的高位侧表面10b、位于低位侧表面10a和高位侧表面10b的边界的台阶壁面10c。低位侧表面10a和高位侧表面10b分别相对于X-Y轴平面大致平行，台阶壁面10c相对于Z-Y轴平面大致平行。
在低位侧表面10a形成有设置电子控制基板4的接合位置10a1、从接合位置10a1沿X轴方向(或者Y轴方向)远离且临时设置柔性基板6的待机位置10a2。在位于接合位置10a1的低位侧表面10a开设有形成于载置台10的内部的多个第一吸附孔12。另外，在位于待机位置10a2的低位侧表面10a开设有形成于载置台10的内部的多个待机吸附孔11。
通过在第一吸附孔12上作用负压，能够将载置于接合位置10a1的电子控制基板4在接合位置10a1可拆装地吸附而临时固定于低位侧表面10a。在接合位置10a1，电子控制基板4以形成于基板4的配线图案4a的连接预定部朝向Z轴方向的上方并且基板4的配线图案4a的连接预定部侧的端部碰触(接触)台阶壁面10c的方式配置。作为用于将电子控制基板4在接合位置10a1上配置于低位侧表面10a的上述规定的位置的单元，例如可使用图1所示的吸附头20，或者，也可以用与此不同的吸附头。
另外，通过对待机吸附孔11作用负压，能够将载置于待机位置10a2的柔性基板6在待机位置10a2可拆装地吸附而临时固定于低位侧表面10a。在待机位置10a2，柔性基板6以形成于基板6的配线图案6a的连接预定部朝向Z轴方向的下方而且基板6的配线图案6a的连接预定部侧的端部朝向与电子控制基板4相反的X轴方向的相反侧的方式配置。作为用于将柔性基板6在待机位置10a2配置于低位侧表面10a的上述规定的位置的单元，例如使用图1所示的吸附头20。
在本实施方式中，台阶壁面10c的台阶高度Z1与电子控制基板4的厚度t0相同或比其小，它们的差异(t0-z1)优选为0～20μm，进而优选为10～20μm。
在载置台10的高位侧表面10b，在台阶壁面10c的附近开设有形成于载置台10的内部的多个第二吸附孔14。如图4所示，通过在第二吸附孔14上作用负压，能够将载置于高位侧表面10b的柔性基板6在台阶壁面10c的附近可拆装地吸附而临时固定于高位侧表面10b。作为用于将柔性基板6在台阶壁面10c的附近配置于高位侧表面10a的单元，例如使用吸附头20。
接着，对使用如图1所示的超声波接合装置2的超声波接合方法进行说明。如图2所示，首先，解除开设(侧口)于待机位置10a2的低位侧表面10a的待机吸附孔11的负压，通过吸附头20将位于待机位置10a2的柔性基板6抬升到Z轴方向的上部。吸附头20具有例如通过吸引力将基板6吸附保持于头部下表面的机构。
之后，如图3所示，使吸附头20与基板6一起相对于载置台10沿X轴方向移动。此外，也可以使载置台10沿X轴方向移动。以保持于吸附头20的基板6位于台阶壁面10c附近的高位侧表面10b上的方式，使吸附头20相对于载置台10沿X轴方向相对移动。其移动控制通过控制单元进行。
另外，摄像头30为使基板6的配线图案6a的连接预定部与基板4的配线图案4a的连接预定部准确地对准而进入配线图案4a和配线图案6a之间，拍摄它们之间的位置关系，在控制单元中，进行它们的图像处理。基于其图像处理结果，控制单元以基板6的配线图案6a的连接预定部与基板4的配线图案4a的连接预定部正确地对准的方式使吸附头20相对于载置台10向X轴及Y轴方向相对移动。另外，根据需要，控制单元也可以控制移动机构，使吸附头20相对于载置台10绕吸附头的轴芯进行旋转移动。
接着，摄像头30从基板6和载置台10之间沿X轴方向移动，退避到不阻碍吸附头20的Z轴方向的移动的位置。之后，如图4所示，吸附头20向载置台10的高位侧表面10b靠近，解除对基板6的吸附保持，将基板6载置于高位侧表面10b上。同时，在第二吸附孔14上作用负压，将基板6吸附保持于高位侧表面10b上。在那种状态下，基板6的X轴方向的端部下表面和基板4的X轴方向的端部上表面重合，在与台阶壁面10c对应的位置形成有叠层部分。在叠层部分，配线图案4a的接合预定部和配线图案6a的接合预定部相向。
接着，如图5A所示，使载置台10相对于吸附头20及摄像头30沿X轴方向相对移动，使超声波变幅杆50的按压部50a位于配线图案6a、4a之间的叠层部分的Z轴方向的正上方位置。此外，以超声波变幅杆50的按压部50a相对于载置台10的台阶壁面10c在X轴方向的规定的范围x3内位于低位侧表面10a之上的方式预先控制载置台10和超声波变幅杆50的X轴相对移动。
即，以超声波变幅杆50的按压部50a在距台阶壁面10c规定范围x3按压位于低位侧表面10a之上的叠层部的方式通过控制单元控制移动机构。此外，所谓规定范围x3，优选比0大，比叠层部的X轴方向长度x1小。即，以不按压位于高位侧表面10b上的基板6的表面的方式控制按压部50a。
叠层部的X轴方向长度x1也与配线图案4a、6a的连接预定部的重合长度一致，要求设置地尽可能小，例如0.5mm以下，优选0.2mm以下。另外，按压基板4及基板6的重合部分(叠层部分)的按压部50a的X轴方向的长度x2优选与叠层部的X轴方向长度x1相同或比其大，长度的差(x2-x1)优选为0以上的0.5mm，进一步优选为0.01～0.08mm。
接着，如图5A～图5B所示，使超声波变幅杆50相对于载置台10向Z轴方向的下方相对移动，将超声波变幅杆50的按压部50a按压于基板4和基板6的叠层部分，在叠层部分施加Z轴方向的按压力和X轴方向的超声波振动。其结果，在X轴方向上长在Y轴方向上以规定的节距间隔配置的叠层部分的配线图案4a、6a的金属之间通过超声波固相结合。
作为构成配线图案4a、6a的金属，只要是可进行超声波接合的金属(包含合金)，就没有特别限制，例示了以银、金、铝、或以它们为主成分的合金等。此外，在这些金属的表面(特别是铝的表面)，形成有以钛等为主成分的抗氧化膜。
在本实施方式的基板接合体8的制造方法(包含超声波接合方法)中，由于在载置台10的表面有台阶壁面10c，所以利用该台阶壁面10c，电子控制基板4和柔性基板6的对准变得容易，能够进行它们的配线图案4a、6a之间的超声波接合。因此，例如即使在Y轴方向的配线间隔(配線ピッチ間隔)狭窄到几十μm以下的程度的情况下，也不会发生短路不良等，易于实现电子控制基板4和柔性基板6的电连接。此外，优选的是，超声波的振动方向不是叠层部的叠层方向(Z轴方向)，而是沿着被接合的配线图案4a、6a之间的长度方向的方向。
另外，最近，由于如智能手机等的显示屏等那样，要求接近装置的外壳外形尺寸的宽显示屏，所以不得不缩短配线图案4a、6a之间的接合长度x1，其连接可靠性成为问题。根据本实施方式的方法，能够通过超声波接合进行金属之间的固相结合，连接的可靠性也提高。
并且，在本实施方式的基板接合体的制造方法中，因为在载置台10的表面有台阶壁面10c，所以即使在电子控制基板4和柔性基板6的叠层部的Y轴方向的宽度例如为60mm以上的情况下，也能够对配线图案彼此可靠地进行超声波接合。
另外，在本实施方式中，通过控制单元控制移动机构以使超声波变幅杆50的按压部50a在距台阶壁面10c规定范围按压位于低位侧表面10a上的叠层部。超声波变幅杆50的按压部50a优选不按压位于高位侧表面10b上的柔性基板6，优选仅按压叠层部进行超声波接合。通过这样构成，不会产生配线图案的断线等，而配线图案4a、6a之间的超声波接合的可靠性进一步提高。
此外，本发明不限于上述实施方式，在本发明的范围内可以进行各种改变。
例如，作为电子控制基板4，不仅是包含玻璃基板的刚性基板，也可以是具有柔软度的柔性基板。
另外，在上述实施方式中，作为第二平面部件，使用柔性基板6，但没有特别限制。

Claims (8)

1.一种超声波接合装置，其特征在于，具有：
供设置应接合的第一平面部件和第二平面部件的载置台；和
超声波变幅杆，其具有压靠所述第一平面部件和所述第二平面部件的叠层部分的按压部，
其中，所述载置台具有：
供设置所述第一平面部件的低位侧表面；
供设置所述第二平面部件的高位侧表面，其相对于所述低位侧表面以规定的台阶高度处于高的位置；
台阶壁面，其位于所述低位侧表面和所述高位侧表面的边界，以与所述第一平面部件的端部接触而被定位；和
第二固定单元，其以所述第二平面部件的端部叠层于所述第一平面部件上的方式将所述第二平面部件可拆装地固定于所述高位侧表面，
垂直于所述台阶壁面的方向的所述叠层部分的长度为0.5mm以下，
所述台阶壁面的所述台阶高度成为所述台阶高度z1与所述第一平面部件的厚度t0的差异(t0-z1)为10～20μm的高度。
2.根据权利要求1所述的超声波接合装置，其特征在于，
所述载置台还具有：
第一固定单元，其将所述第一平面部件可拆装地固定于所述低位侧表面。
3.根据权利要求2所述的超声波接合装置，其特征在于，还具有：
移动机构，其使所述超声波变幅杆相对所述载置台移动；和
控制单元，其控制所述移动机构以使所述超声波变幅杆的按压部在与所述台阶壁面对应的位置压靠所述叠层部分。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波接合装置，其特征在于，
所述台阶高度与所述第一平面部件的厚度相同或比其小。
5.根据权利要求3所述的超声波接合装置，其特征在于
由所述控制单元控制所述移动机构以使所述超声波变幅杆的按压部在距所述台阶壁面规定范围按压位于所述低位侧表面上的所述叠层部分。
6.根据权利要求3所述的超声波接合装置，其特征在于
所述台阶高度与所述第一平面部件的厚度相同或比其小，
由所述控制单元控制所述移动机构以使所述超声波变幅杆的按压部在距所述台阶壁面规定范围按压位于所述低位侧表面上的所述叠层部分。
7.一种超声波接合方法，其特征在于，具有：
准备载置台的工序，其中，所述载置台具有低位侧表面、高位侧表面以及台阶壁面，所述高位侧表面相对于所述低位侧表面以规定的台阶高度处于高的位置，所述台阶壁面位于所述低位侧表面和所述高位侧表面的边界；
以将第一平面部件的端部与所述台阶壁面对准的方式将该第一平面部件设置于所述低位侧表面的工序；
以形成第二平面部件的端部叠层于所述第一平面部件上的叠层部分的方式在所述高位侧表面设置所述第二平面部件的工序；
将所述设置的所述第二平面部件可拆装地固定于所述高位侧表面的工序；和
在与所述台阶壁面对应的位置将超声波变幅杆的按压部压靠于所述叠层部分的工序，
垂直于所述台阶壁面的方向的所述叠层部分的长度为0.5mm以下，
所述台阶壁面的所述台阶高度成为所述台阶高度z1与所述第一平面部件的厚度t0的差异(t0-z1)为10～20μm的高度。
8.根据权利要求7所述的超声波接合方法，其特征在于，
在与所述第二平面部件叠层的所述第一平面部件的表面形成有第一金属，
在与所述第一平面部件叠层的所述第二平面部件的表面形成有第二金属，在所述超声波变幅杆的按压部接触的所述叠层部分，通过超声波将所述第一金属和所述第二金属固相结合。
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