JP2001340961A - 接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの接合部に予め供給された半田量を厳
密に管理せずとも、またワークの接合端子あるいはパタ
ーンの幅が狭小であってもブリッジが発生せず、信頼性
の高い接合を行うことができる接合装置を提供する。 【解決手段】 被接合物３２の上方で昇降する昇降ブロ
ック３と、この昇降ブロック３の下面に略水平に固定さ
れた絶縁材製のヒータツールホルダ６と、このヒータツ
ールホルダ６の下面に当接する少なくとも被接合物３２
を押圧する接合面が該接合面の長手方向に直交する方向
に略円弧状に形成されているヒータツール４１と、この
ヒータツール４１の両端を保持しこのヒータツール４１
に電流を導く左右一対の給電手段１１ａ、１１ｂとを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はヒータツールを被
接合物に押圧し該ヒータツールに通電して加熱すること
により、被接合物を接合物に接合するために用いる接合
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子機器の小型、軽量、薄型
化に伴って超高密度実装技術が進展している。例えばフ
レキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）やフレキシブルフ
ラットケーブル（ＦＦＣ）とリジッドプリント配線板と
の接続、あるいは液晶パネル等の端子と外部回路の接続
端子との接続に際しては、その接続端子の間隔はますま
す狭くすることが要求され、接続端子のピッチは０．２
〜０．５ｍｍあるいはそれよりさらに微細なものが要求
されるようになってきた。

【０００３】このような微細な接続端子同士を接続する
手段の一つとして、接合物たるリジッドプリント配線
板、液晶パネル等の端子に半田メッキあるいはクリーム
半田を塗布して溶融凝固させることによって半田を供給
しておき、接続端子に半田メッキされた被接合物たるＦ
ＰＣ、ＦＦＣ、外部回路等の接続端子を重ね、これを突
出した電極間に挟んで加熱接合することにより、両者の
導通をとっている。

【０００４】このような半田を用いて接続端子同士の接
合を行う時、安定した電気的特性や接合強度を得るため
には、所定の加圧力、所定の加熱温度が接続面に均一に
加えられることが重要である。

【０００５】このため従来は、リジッドプリント配線板
にフレキシブルプリント配線板を重ねて載置し（これら
リジッドプリント配線板およびフレキシブルプリント配
線板の積層体をワークという。）、上から接合部分の長
さを持ったヒータツールで押圧して両者を接合する接合
装置が用いられている（例えば、特開平１１−３４１６
８号公報）。ここにヒータツールは所定周期でパルス状
電流を流して、接合するのに十分な温度に加熱する（パ
ルスヒート接合方式）。

【０００６】そしてこのヒータツールを半田が溶融する
までこの温度に保持した後、このヒータツールが冷える
のを待ってヒータツールをワークから離すものである。
加熱時間、加熱温度は対象ワークにより異なる。ここに
用いるヒータツールは電流の供給により速やかに温度が
十分に上昇し、また電流を切ることによって速やかに冷
えることが必要である。このためその熱容量は十分に小
さく作られている。

【０００７】図４はこのような接合に用いる従来の接合
ヘッドを示す正面図である。この接合ヘッド１は図示し
ない昇降装置の下面に取付けられ、図示しないテーブル
上に載せたワークに上方から押圧される。

【０００８】この図４において、符号１は接合ヘッドで
あり、ヘッド保持部２に上下動可能に保持されている。
この接合ヘッド１は、金属製の水平で長いブロック状の
昇降ブロック３を持ち、この昇降ブロック３に垂直に植
設した左右一対のガイドロッド４ａ、４ｂがこのヘッド
保持部２に上下動可能に保持されている。この昇降ブロ
ック３とヘッド保持部２との間にはエアシリンダ５が介
在し、このエアシリンダ５により昇降ブロック３を昇降
させることができる。

【０００９】昇降ブロック３は、その前面下部が水平に
切り欠かれて断面略逆Ｌ字状に形成され、下部が板状に
垂下する舌片とされている。この板状舌片の前面にはセ
ラミックなどの絶縁材で作られた板状のヒータツールホ
ルダ６が固定されている。すなわち昇降ブロック３の前
面に当接させたヒータツールホルダ６を金属製の押えブ
ロック７で挟み、複数のボルト８によって昇降ブロック
３に固定したものである。

【００１０】ヒータツールホルダ６の下面は水平であ
り、またこの下面には長手方向に連続する溝９が形成さ
れている。この溝９には断面が縦長の矩形であり、モリ
ブデン等の高抵抗材料で作られている直線棒状のヒータ
ツール１０が下から係入して保持されている。そしてこ
の下面を平坦な接合面１０ａとしてワークに押圧させる
ものである。

【００１１】ヒータツール１０の両端はヒータツールホ
ルダ６の外側へ突出し、この突出部には昇降ブロック３
から絶縁された給電ブロック１１ａ、１１ｂが固定され
ている。これらの給電ブロック１１ａ、１１ｂは給電帯
１２ａ、１２ｂを介して電源装置（図示せず）に接続さ
れている。この電源装置からはヒータツール１０にパル
ス状の大電流が供給され、この電流によりヒータツール
１０は全体が同時に加熱される。

【００１２】なおヒータツール１０の適宜位置、例えば
中央付近には、熱電対などの温度センサ１３が貼着さ
れ、このセンサ１３の検出温度が一定となるように電流
が制御される。例えば接合面１０ａの中央付近が３００
〜４００℃程度に管理される。

【００１３】上述の従来例の接合ヘッド１は、ワークの
接合部長が３０ｃｍ程度の長尺なヒータツールを用いる
ものであるが、ワークの接合部長が５ｃｍ以下であるよ
うな場合には、図５に示すごときヒータツール２０が用
いられる。このヒータツール２０は、接合面２１を形成
する辺（押圧辺）２２の両端を、一対の連結辺２３ａ、
２３ｂによって一対の給電端子２４ａ、２４ｂに接続し
たもので、前述のヒータツール１０同様の導電性板材を
略矩形の枠状に形成したものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のヒー
タツール１０および２０は、共に長方形断面を持つた
め、接合部に予め供給された半田の量（印刷法による場
合には、メタルマスクの厚さや開口幅に依存する。）
や、接合部のパターン幅が適切でないと、接合面１０ａ
または２１直下の半田がパターンから四方に溢れ出して
隣接するパターンと短絡するいわゆるブリッジを発生さ
せる。この結果接合の信頼性が低下するおそれがあっ
た。この課題はパターン幅を広げることにより解消する
ことができるが、近年の実装密度の高度化に逆行するこ
ととなり、許容される解決手段とはなり得ない。

【００１５】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
のであり、ワークの接合部に予め供給された半田量を厳
密に管理せずとも、またワークの接合端子あるいはパタ
ーンの幅が狭小であってもブリッジが発生せず、信頼性
の高い接合を行うことができる接合装置を提供すること
を第１の目的とする。また、この接合装置に用いて好適
なヒータツールを提供することを第２の目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、電流により加熱されるヒータツールを被接合物に押
圧し被接合物を接合物に接合する装置において、前記ヒ
ータツールは少なくとも被接合物を押圧する接合面が該
接合面の長手方向に直交する方向に略円弧状に形成され
ていることを特徴とする接合装置、により達成される。
ここにヒータツールは、断面が円柱状または円筒状とす
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
述する。図１は本発明になる接合装置の一実施形態を示
す斜視図、図２はこの接合装置による接合部の一部裁断
側面図である。なお、図４と同一もしくは同等部分には
同一符号を付した。

【００１８】図１および図２において、符号１４はＸ−
Ｙ移動テーブルであり、水平面上でＸ、Ｙ両方向に移動
可能である。１５はこのテーブル１４上に載せられた板
状の治具である。

【００１９】３０は接合物の一例たるリジッドプリント
配線板であり、この配線板３０の上面には、前後方向に
長い接続端子たる多数のパターン（図示せず）が横方向
に狭小なピッチ（約０．２ｍｍ＝２００μｍ）間隔で並
べて形成されている。プリント配線板３０はフェノール
樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの硬質絶縁基板や、また
これに代えて液晶パネル等であってもよい。

【００２０】３１はプリント配線板３０の接続端子部に
設けられた半田（誇張して図示してある）であり、半田
メッキあるいはクリーム半田を塗布したのち溶融凝固さ
せることによって被着される。このプリント配線板３０
上に被接合物３２が載せられる。この被接合物３２はポ
リイミド樹脂、ポリエステル樹脂等からなるフレキシブ
ルプリント配線板、フレキシブルフラットケーブルなど
である。

【００２１】また、接合物３０が液晶パネルの場合に
は、被接合物３２は液晶パネルの駆動用ＬＳＩやＩＣを
搭載したフレキシブルプリント配線板であり、これらの
フレキシブル配線板３２の予め半田メッキされた接続端
子部のパターンが、プリント配線板３０の対応するパタ
ーンに対向する。被接合物３２はフレキシブル配線板に
代えて、ＬＳＩ、ＩＣなどのリードであってもよいのは
勿論である。

【００２２】４０は接合ヘッドであり、ヘッド保持部２
に上下動可能に保持されている。この接合ヘッド４０
は、水平で長い金属製ブロック状の昇降ブロック３を持
ち、この昇降ブロック３に垂直に植設した左右一対のガ
イドロツド４ａ、４ｂがこのヘッド保持部２に上下動可
能に保持されている。この昇降ブロック３とヘッド保持
部２との間にはエアシリンダ５が介在し、このエアシリ
ンダ５により昇降ブロック３を昇降させることができ
る。

【００２３】昇降ブロック３は、その前面下部が水平に
切り欠かれて断面略逆Ｌ字状に形成され、下部が板状に
垂下する舌片３ｂとなっている。この板状の舌片３ｂの
前面には、セラミックなどの絶縁材で作られた板状のヒ
ータツールホルダ６が密着し固定されている。すなわち
このヒータツールホルダ６は昇降ブロック３と金属製の
押えブロック７とに挟まれ、複数のボルト８によって昇
降ブロック３に固定されている。

【００２４】ヒータツールホルダ６の下部は舌状に下方
および左右両側方へ突出し、この水平な下縁には円弧状
の溝（図示せず）が形成されており、この溝に円筒状の
ヒータツール４１が係入し保持されている。このヒータ
ツール４１はモリブデンやチタン、タングステンあるい
はコバールなどの高抵抗材料により作られ、ヒータツー
ルホルダ６の溝に係合する形状を持つ。

【００２５】ヒータツール４１の下面は、接合面の長手
方向に直交する方向（図１において前後方向）に平坦な
接合面となっている。また、ヒータツール４１の両端は
ヒータツールホルダ６の外側へ突出し、この突出部には
昇降ブロック３から絶縁された給電手段たる給電ブロッ
ク１１ａおよび１１ｂが接続されている。これら給電ブ
ロック１１ａ、１１ｂは、昇降ブロック３の端面に電気
的に絶縁されて固定される電気銅製の給電ブロツク部４
２ａ、４２ｂと、これらの給電ブロック部４２ａ、４２
ｂの下方に一体に形成された電気銅製のシャンク部４３
ａ、４３ｂとからなる。

【００２６】ここにシヤンク部４３ａ、４３ｂの下端面
には図２に示すごとくヒータツール４１が係入する溝４
４がそれぞれ形成され、この溝４４内にはすり割り４５
が形成されている。従ってこの溝４４にヒータツール４
１を下方から係入させ、すり割り４５を横断するねじ４
６を締め付けることによりシヤンク部４３ａ、４３ｂを
ヒータツール４１に固定することができる。またこのね
じ４６を緩めることによりヒータツール４１をシヤンク
部４３ａ、４３ｂから取外すことができる。

【００２７】このヒータツール４１には、給電帯１２
ａ、１２ｂおよび給電ブロック１１ａ、１１ｂを介し
て、電源装置（図示せず）からパルス状の大電流が供給
され、この電流によりヒータツール４１は加熱される。
なおヒータツール４１の適宜位置、例えば中央付近には
熱電対などの温度センサ１３（図１）が貼着され、例え
ばヒータツール４１の押圧面の中央付近が３００〜４０
０℃位に温度管理される。

【００２８】この圧着装置を使用する際は、Ｘ−Ｙ移動
テーブル１４上の板状治具１５にワークすなわちリジッ
ドプリント配線板３０とフレキシブル配線板３２との積
層体を載せる。そしてテーブル１４を移動させてワーク
の接合部分をヒータツール４１の接合面の下に位置決め
する。次いで、接合ヘッド４０を下降させて、ヒータツ
ール４１をワークに所定の加圧力で押圧する。

【００２９】この状態でヒータツール４１に大電流を供
給し、ヒータツール４１を速やかに加熱し、温度センサ
１３が検出するヒータツール４１の温度が所定温度にな
るようにヒータ電流を制御する。この時のヒータツール
温度は、ワークの接合温度とほぼ同一とする。

【００３０】これにより、所定の加圧力と所定の加熱温
度が接合部に均一に加えられ、接続端子の半田３１が溶
融し後、ヒータツール４１の通電が停止され、ワークが
冷え半田３１の凝固温度以下になったとき接合ヘッド４
０を上昇させヒータツール４１をワークから離す。

【００３１】なお、ヒータツール４１の通電を停止する
と同時に、ヒータツール４１の円筒内に圧縮空気あるい
は水等の冷却媒体を流すように構成すれば、ヒータツー
ルを強制冷却することができ、半田の凝固速度を短縮す
ることができる。

【００３２】この本発明になる接合装置を用いて接合し
たワークの接合状態を図３に示す。同図から明らかなよ
うに、ヒータツール４１の接合面４１ａはワークの左右
方向において円弧状となっているので、リジッド配線板
３０上に重ねられヒータツール４１で押圧されたフレキ
シブル配線板３２は、微小ながらパターンの長手方向に
湾曲する。従って、ヒータツール４１の接合面４１ａ直
下の溶融した半田３１は、パターンに沿って押し出され
てフレキシブル配線板３２が湾曲することによってでき
るリジッド配線板３０との隙間３３ａおよび３３ｂに移
動した状態で凝固する。従って、隣接するパターン間に
半田があふれ出て、ブリッジが生じることはない。

【００３３】なお本実施形態では、ヒータツール４１の
加熱をパルスヒート方式による接合装置について説明し
たが、シーズヒータ等を内蔵したヒータツールあるいは
シーズヒータを内蔵した発熱ブロック等からヒータツー
ルに伝熱させる常時加熱方式の接合装置としてもよい。
また、棒状のヒータツール４１の断面を円筒形として説
明したが、円柱状に形成してもよい。

【００３４】また本実施形態では、ヒータツール４１を
ヒータツールホルダ６に密着固定したが、短尺のヒータ
ツールで十分な剛性を有する場合には、ヒータツールホ
ルダ６は設けなくてもよい。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、ヒータ
ツールの接合面を断面略円弧状としたものであるから、
溶融した半田はパターンに沿って押し出されて凝固し、
ワークの接合端子に予め供給された半田の量や、ワーク
の接合端子あるいはパターンの幅が狭小であってもブリ
ッジが発生せず、信頼性の高い接合を行うことができ
る。

【００３６】本発明になる接合装置は、昇降ブロックの
下面に略水平に固定された絶縁材製のヒータツールホル
ダの下面にヒータツールを当接させて保持したので、所
定の加圧力と所定の加熱温度をワーク均一に加えること
ができる（請求項２）。

【００３７】ヒータツールは、単なる円筒状あるいは円
柱状に形成したものであるから、モリブデンやチタン、
タングステンあるいはコバールなどの高抵抗材料であっ
ても容易に接合面を円弧状とすることができ、簡単に製
作でき安価となる（（請求項３および４）。

【００３８】円筒状ヒータツールを用いれば、加熱した
後この円筒内に冷却媒体を供給してヒータツールを強制
冷却することができ、冷却時間を短縮して接合作業を効
率化することができる（請求項５）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる接合装置の一実施形態を示す斜視
図。

【図２】ここに用いる接合ヘッドの一部裁断右側面図。

【図３】本発明になる接合装置を用いて接合したワーク
の接合状態を示す側面図。

【図４】従来装置の接合ヘッドを示す正面図

【図５】従来装置のヒーターツールを示す斜視図。

【符号の説明】

３ 昇降ブロック ６ ヒータツールホルダ １１ａ、１１ｂ 給電ブロック １３ 温度センサ ３０ 接合物 ３１ 半田 ３２ 被接合物 ４０ 接合ヘッド ４１ ヒータツール

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流により加熱されるヒータツールを被
   接合物に押圧し被接合物を接合物に接合する装置におい
   て、前記ヒータツールは少なくとも被接合物を押圧する
   接合面が該接合面の長手方向に直交する方向に略円弧状
   に形成されていることを特徴とする接合装置。
2. 【請求項２】 前記接合装置は、被接合物の上方で昇降
   する昇降ブロックと、この昇降ブロックの下面に略水平
   に固定された絶縁材製のヒータツールホルダと、このヒ
   ータツールホルダの下面に当接する少なくとも被接合物
   を押圧する接合面が該接合面の長手方向に直交する方向
   に略円弧状に形成されているヒータツールと、このヒー
   タツールの両端を保持しこのヒータツールに電流を導く
   左右一対の給電手段とを備えることを特徴とする請求項
   １記載の接合装置。
3. 【請求項３】 前記ヒータツールは、円柱状であること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の接合装置。
4. 【請求項４】 前記ヒータツールは、円筒状であること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の接合装置。
5. 【請求項５】 前記円筒状ヒータツールを加熱した後、
   この円筒内に冷却媒体を供給してヒータツールを冷却す
   ることを特徴とする請求項４記載の接合装置。