JP2007115893A - 熱圧着方法および熱圧着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の位置ずれを防止し高い位置精度で熱圧着することができるとともに、作業性の向上した熱圧着方法および熱圧着装置を提供することにある。
【解決手段】熱圧着方法において、被接合部をヒータツール３４とバックアップ部材６０との間に配置し、ヒータツールの先端部と被接合部との間に弾性を有する第１シート５０を配置し、バックアップ部材と被接合部との間に弾性および保温性を有した第２シート６２を配置する。ヒータツールとバックアップ部材との間に第１シート、被接合部および第２シートを挟んだ状態で、ヒータツールにより被接合部を加圧および加熱し、被接合部を熱圧着する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、液晶表示装置の電極基板と電子部品を搭載した印刷回路とを加熱、加圧することにより電気的に接続する熱圧着方法および熱圧着装置に関する。

近年、液晶表示装置に代表される平面表示装置は、薄型、軽量、低消費電力といった特徴を生かして、テレビ、コンピュータあるいはカーナビゲーション・システム等の各種表示装置として利用されている。

例えば、液晶表示装置は、互いに対向したアレイ基板と対向基板とを有し、これらの基板間に、配向膜を介して液晶組成物が封入されている。アレイ基板は、ガラス基板上に複数本の信号線と複数本の走査線とをマトリックス状に配置し、信号線と走査線との各交差部近傍に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）を介して画像電極を配置することによって構成されている。また、ガラス基板上には、走査線とほぼ平行な補助容量線が設けられ、補助容量線と画素電極との間で補助容量が形成されるように、これらの間には絶縁膜が介在されている。

対向基板は、ガラス基板上にＴＦＴおよび画素電極周辺を遮光するためのマトリックス状の遮光膜を設け、この遮光膜上に絶縁膜を介して透明な対向電極を設けることにより構成されている。

アレイ基板の各信号線および各走査線は、フレキシブル基板上に接続配線が形成されてなるフレキシブル印刷回路（以下ＦＰＣと称する）、あるいは、キャリアテープ上に駆動素子が配置されてなるＴＡＢ（テープオートメーテッドボンディング）部品等を介して、表示装置を駆動するための駆動回路基板に電気的に接続されている。

例えば、ＴＡＢ部品とアレイ基板との接続は、一般に、これらの間に、接着樹脂中に導電粒子が分散されてなる異方性導電膜（ＡＣＦ）を挟んだ状態で、熱圧着装置を用いて熱圧着することによってなされる。

熱圧着装置は、加熱された状態でＴＡＢ部品等に圧接されるヒータツール、および、ＦＰＣ、ＴＡＢ部品およびアレイ基板を挟んでヒータツールと対向配置されたバックアップを備えている（例えば、特許文献１）。そして、ヒータツールとバックアップとの間に、ＴＡＢ部品、異方性導電膜、およびアレイ基板を挟んだ状態で、ヒータツールによってＴＡＢ部品を加熱および加圧することにより、ＴＡＢ部品をアレイ基板に熱圧着する。
特開平１０−１６３２７６号公報

近年、液晶表示装置の薄型化に伴い、アレイ基板および対向基板を構成するガラス板として、薄いガラス板、例えば、板厚０．３ｍｍの研磨ガラス板等が用いられるようになってきている。このような薄いガラス板は、研磨のバラツキにより板厚にバラツキが生じ、その研磨面は全体に渡って微細な凹凸が形成された状態となる。

このような薄い研磨ガラス板で構成されたアレイ基板上にＴＡＢ部品等を熱圧着する場合、バックアップとヒータツールとの間にアレイ基板を挟持して加圧する際、ガラス面の凹凸に起因して、アレイ基板あるいはＴＡＢ部品に位置ずれが生じる。そのため、ＴＡＢ部品を高い位置精度でアレイ基板に接続することが困難となる。

また、薄いガラス板を用いる場合、熱圧着時にガラス板から熱が逃げ易く、熱圧着部での温度損失が大きくなる。そのため、薄いガラス板を用いる場合、厚いガラス板、例えば、板厚０．７ｍｍのガラス板に熱圧着する場合に比較して、ヒータツールの加熱温度を高く設定変更する必要がある。しかしながら、ヒータツールの加熱温度を変更した場合、熱圧着部に対するヒータツールの平行度等を調整する必要がある。そのため、用いるガラス板の板厚に応じて種々の調整を行う必要があり、作業が面倒となる。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、部品の位置ずれを防止し高い位置精度で熱圧着することができるとともに、作業性の向上した熱圧着方法および熱圧着装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の態様に係る熱圧着方法は、被接合部をヒータツールとバックアップ部材との間に配置し、前記ヒータツールの先端部と被接合部との間に弾性を有する第１シートを配置し、前記バックアップ部材と被接合部との間に弾性および保温性を有した第２シートを配置し、前記ヒータツールとバックアップ部材との間に前記第１シート、被接合部および第２シートを挟んだ状態で、前記ヒータツールにより前記被接合部を加圧および加熱し、前記被接合部を熱圧着することを特徴としている。

この発明の他の態様に係る熱圧着装置は、被接合部に接触する先端部を有し、被接合部を加圧および加熱するヒータツールと、前記被接合部を挟んで前記ヒータツールと対向して設けられ、前記ヒータツールの加圧に対して前記被接合部を支持するバックアップ部材と、前記ヒータツールの先端部と前記被接合部との間に設けられ弾性を有した第１シートと、前記被接合部と前記バックアップ部材との間に設けられ、弾性および保温性を有した第２シートと、を備えている。

以上のように、本発明によれば、第１および第２シートによって被接合部の厚さのバラツキを吸収し、第２シートによって被接合部を保温することができ、部品の位置ずれを防止し高い位置精度で熱圧着することができるとともに、作業性の向上した熱圧着方法および熱圧着装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る熱圧着装置および熱圧着方法について詳細に説明する。
図１は、熱圧着装置全体を示している。図１に示すように、液晶表示装置の製造に用いられる熱圧着装置は、基台１０と基台上に取り付けられた支持フレーム１２とを備えている。基台１０の上面にはＸ−Ｙテーブル１４が設けられ、このＸ−Ｙテーブル上には後述する被加工物としての液晶表示パネル等が載置されるステージ１６が設けられている。

ステージ１６の上方には、熱圧着ヘッド１８を有するヘッドユニット２０が設けられている。ヘッドユニット２０は、エアシリンダ２２を介して可動台２４に取り付けられ、可動台は、支持フレーム１２の内、ステージ１６の上方を水平に延びる水平フレーム２６に設けられている。それにより、ヘッドユニット２０は、ステージ１６に対して昇降可能に、かつ、水平方向に沿って移動可能に支持されている。
支持フレーム１２の前部には、Ｘ−Ｙテーブル１４、エアシリンダ２２、熱圧着ヘッド１８等の動作を制御する操作パネル２８が設けられている。

図２および図３は、熱圧着装置の熱圧着ヘッド１８を示している。図２および図３に示すように、熱圧着ヘッド１８は、支持ロッド２３を介してエアシリンダ２２に固定された板状のベース部３０、ベース部に取り付けられた直方体状の支持ブロック３２、および支持ブロックに固定されたヒータツール３４を備えている。支持ブロック３２は、ヒータツール３４の位置調整が可能なように、ベース部３０に対して回動可能に取り付けられている。

加熱、加圧手段として機能するヒータツール３４は、互いに平行に所定間隔離間して対向した一対の脚部３４ａと、これら脚部の一端を互いに連結した先端部３４ｂと、を有し、ほぼＵ字形状に形成されている。先端部３４ｂの底面３６は平坦に形成され水平に延びている。ヒータツール３４は例えば鉄で形成されているとともに、先端部３４ｂは電気抵抗が最も高くなるように充分に薄く形成されている。

ヒータツール３４は、その一対の脚部３４ａを支持ブロック３２の下面に固定されたシャンク３８にねじ止めすることによって支持ブロックに脱着可能に固定されている。シャンク３８は、導電性物質、例えば、銅の表面に金メッキを施して形成されているとともに、電流供給ライン４０を通してパルス電源４２および図示しない制御部に接続されている。パルス電源４２からパルス電流を供給することにより、シャンク３８を介してヒータツール３４に通電され、電気抵抗の高いヒータツールの先端部３４ｂは供給された電流に応じたジュール熱を瞬時に発生する。

ヒータツール３４の先端部３４ｂには、サーミスタ等の温度センサが取り付けられ、この温度センサは制御部に接続されている。そして、先端部３４ｂの加熱温度は図示しない温度センサによって検出され、制御部は、検出温度に応じてパルス電源４２の動作を制御し、先端部３４ｂの加熱温度を所定の温度に設定する。

支持ブロック３２の上面には、ブラケットを介して調整レバー４４が固定されている。この調整レバー４４の先端部を押して支持ブロック３２を回動させることにより、ヒータツール３４が支持ブロックと共に回動し、被接合部に対するヒータツール先端部３４ｂの平行度を調整することができる。

図２および図３に示すように、熱圧着ヘッド１８は、ヒータツール３４の先端部３４ｂの底面３６を覆うように張架された第１シート５０、およびこの第１シートを巻き取り可能に支持した第１シート支持機構５２を備えている。第１シート５０は、耐熱性および弾性を有した材料、例えば、膜厚０．０８ｍｍのテフロン（商標）シートにより形成されているとともに、ヒータツール３４の幅よりも大きな幅に形成されている。

第１シート支持機構５２は、それぞれ支持ブロック３２に回転自在に支持された一対のリール５４ａ、５４ｂ、および少なくとも一方のリールを回転させる駆動モータ５６を備えている。そして、第１シート５０は、ヒータツール３４の先端部３４ｂを外側から跨いで配置され、その両端部は、一対のリール５４ａ、５４ｂに巻き付けられている。駆動モータ５６によってリール５４ａを回転させることにより、第１シート５０はリール５４ａに巻き取られ、第１シートの新しい部分がヒータツール３４の先端部３４ｂと対向して位置する。

図２および図３に示すように、熱圧着装置は、ステージ１６側に設けられ、熱圧着ヘッド１８の下方に隙間を置いて対向したバックアップ部材６０を備えている。バックアップ部材６０は、例えば金属により直方体形状に形成されているとともに、ヒータツール３４の底面３６に対向した平坦な支持面６０ａを有している。バックアップ部材６０は、ヒータツール３４の加圧に対して、被接合部を支える。

また、熱圧着装置は、バックアップ部材６０の支持面６０ａを覆うように張架された第２シート６２、およびこの第２シートを巻き取り可能に支持した第２シート支持機構６４を備えている。第２シート６２は、耐熱性、弾性および保温性を有した材料により形成されているとともに、バックアップ部材６０の幅よりも大きな幅に形成されている。第２シート６２は、第１シート５０よりも厚く形成され、例えば、膜厚０．２ｍｍに形成されている。

第２シート支持機構６４は、それぞれステージ１６側に回転自在に支持された一対のリール６６ａ、６６ｂ、および少なくとも一方のリールを回転させる駆動モータ６８を備えている。そして、第２シート６２は、バックアップ部材６０の支持面６０ａを外側から跨いで配置され、その両端部は、一対のリール６６ａ、６６ｂに巻き付けられている。駆動モータ６８によってリール６６ａを回転させることにより、第２シート６２はリール６６ａに巻き取られ、第２シートの新しい部分がバックアップ部材６０の支持面６０ａと対向して位置する。

次に、以上のように構成された熱圧着装置の熱圧着動作について説明する。例えば、熱圧着装置を用いて熱圧着される液晶表示パネル、ＴＡＢ部品としてのテープキャリパッケージ（以下ＴＣＰと称する）、および駆動回路基板について説明する。図４および図５に示すように、液晶表示パネル７０は、所定のギャップをおいて互いに対向配置されたアレイ基板７２および対向基板７４と、これらの基板間に封入された図示しない液晶と、を備えている。アレイ基板７２および対向基板７４は、例えば、板厚０．３ｍｍの薄板ガラスにより構成されている。アレイ基板７２上には、信号線、走査線等を含む導体パターンが形成され、アレイ基板の周縁部には、導体パターンに導通した多数のリード７５（図３および図６参照）が互いに平行にかつ所定の間隔をおいて設けられている。

アレイ基板７２に接続される複数のＴＣＰ７８は、それぞれ矩形状のフレキシブルプリント配線基板７６（以下、ＦＰＣと称する）と、ＦＰＣ上に実装された駆動用のＩＣチップ７７と、を有している。ＦＰＣ７６は、その一端側に設けられた多数の出力リード８０と、他端側に設けられた多数の入力リード８１とを有している。出力リード８０は、ＩＣチップ７７に導通しているとともにアレイ基板７２のリード７５と同一の間隔をもって平行に並んで設けられている。入力リード８１は、ＩＣチップ７７に導通しているとともに駆動回路基板７１の図示しないリードと同一の間隔をもって平行に並んで設けられている。

次に、熱圧着装置を用いて、液晶表示パネル７０のアレイ基板７２にＴＣＰ７８を熱圧着し、更に、ＴＣＰに駆動回路基板７１を熱圧着する方法について説明する。

図５に示すように、まず、ＴＣＰ７８の一端側に設けられた多数の出力リード８０上に細長いシート状の異方性導電膜８２を貼付ける。異方性導電膜８２は、例えば、熱硬化性樹脂中にニッケル、はんだ等の導電粒子を分散させてシート状に形成されている。

続いて、図４に示すように、アレイ基板７２に設けられた所定のリード７５とＴＣＰ７８の出力リード８０とを正確に位置合わせしながら、異方性導電膜８２を間に挟んでＴＣＰ７８の一端部をアレイ基板７２上に重ね合わせ、仮圧着を行う。この状態で、液晶表示パネル７０および複数のＴＣＰ７８を熱圧着装置のステージ１６上に載置する。

続いて、操作パネル２８を介してＸ−Ｙテーブル１４を作動させ、図２および図３に示すように、液晶表示パネル７０とＴＣＰ７８との仮圧着部、つまり、被接合部がヒータツール３４の先端部３４ｂとバックアップ部材６０との間に整列する位置へステージ１６を移動させる。この状態で、第１シート５０は、ヒータツール３４の先端部３４ｂとＴＣＰ７８の被接合部との間に介在し、また、第２シート６２は、バックアップ部材６０の支持面６０ａとアレイ基板７２の裏面との間に介在している。

次いで、図６に示すように、エアシリンダ２２を駆動して熱圧着ヘッド１８を下降させ、ヒータツール３４の先端部３４ｂの底面３６をＴＣＰ７８の被接合部に上方から押し付け、ＴＣＰをアレイ基板７２に向かって所定の圧力で加圧する。この際、ヒータツール３４の底面３６は第１シート５０を間に挟んでＴＣＰ７８を押圧する。同時に、アレイ基板７２の裏面をバックアップ部材６０の支持面６０ａ上に支持し、バックアップ部材６０とヒータツール３４との間にＴＣＰ７８、異方性導電膜８２、アレイ基板７２を挟持する。この際、バックアップ部材６０の支持面６０ａは、第２シート６２を挟んでアレイ基板７２に接触する。第２シート６２は、アレイ基板７２の底面に揃って弾性変形し、アレイ基板の裏面に密着する。これにより、ヒータツール３４およびバックアップ部材６０に対するＴＣＰ７８およびアレイ基板７２の位置ずれを防止する。

この状態で、パルス電源４２から所定時間通電し、ヒータツール３４を加熱する。このように、ヒータツール３４によってＴＣＰ７８、アレイ基板７２、および異方性導電膜８２に熱および圧力を加え、異方性導電膜８２を挟んで被接合部を機械的および電気的に本圧着する。熱圧着時、第１シート５０によってヒータツール３４の底面３６を覆うことにより、溶融した余剰の異方性導電膜８２がはみ出した場合でも、第１シート５０によって余剰異方性導電膜を捕獲し、ヒータツールに付着することを防止する。

続いて、ヒータツール３４への通電を停止し、ヒータツール３４が所定の温度まで低下した後、エアシリンダ２２を駆動してヘッドユニット２０を上昇させる。

以上の動作により、異方性導電膜８２の樹脂が加熱され一旦軟化して押し潰された後に硬化し、ＴＣＰ７８がアレイ基板７２に固定される。同時に、異方性導電膜８２の樹脂中に分散した導電粒子によりアレイ基板７２のリード７５とＴＣＰ７８の出力リード８０とが電気的に接続される。

一方、ＴＣＰ７８の他端部に設けられた入力リード８１と駆動回路基板７１の図示しない電極との接続も、上記と同様の動作によって行なわれる。但し、この場合、異方性導電膜に代わって半田が用いられる。

なお、第１シート５０が汚れた場合、あるいは、定期的に、リール５４ａを駆動して第１シートを巻き取り、第１シートの新しい部分をヒータツール３４の先端部と対向する位置へ移動させる。同様に、第２シート６２が汚れた場合、あるいは、定期的に、リール６６ａを駆動して第２シートを巻き取り、第２シートの新しい部分をバックアップ部材６０の支持面６０ａと対向する位置へ移動させる。

以上のように構成された熱圧着装置および熱圧着方法によれば、弾性を有した第１シート５０をヒータツール３４と被接合部との間に設けることにより、被接合部に多少の凹凸がある場合でも、第１シートを介してヒータツール３４の底面を被接合部に密着させることができる。また、余剰の異方性導電膜がはみ出した場合でも、第１シートによりヒータツール３４への付着を防止し、ヒータツールの汚れを防止することができる。

弾性を有した第２シート６２をバックアップ部材６０の支持面６０ａと被接合部との間を設けることにより、バックアップ部材６０の支持面６０ａは、第２シート６２を挟んでアレイ基板７２に接触する。そのため、例えば、薄板ガラスのように、板厚にバラツキがあり、その研磨面全体に渡って微細な凹凸が形成されアレイ基板を用いた場合でも、第２シート６２は、アレイ基板７２の底面に揃って弾性変形し、アレイ基板の裏面に密着する。従って、第２シート６２によってアレイ基板の厚さのバラツキを吸収し、この第２シートを介してバックアップ部材６０の支持面６０ａをアレイ基板に密着させることができる。これにより、ヒータツール３４およびバックアップ部材６０に対するＴＣＰ７８およびアレイ基板７２の位置ずれを防止し、高い位置精度で非接合部を熱圧着することができる。

更に、第２シート６２は保温性を有しているため、アレイ基板に接触することによりこのアレイ基板を保温し、被接合部の温度損失を低減することが可能となる。アレイ基板として、板厚０．３ｍｍ程度の薄板ガラスを用いる場合でも、ヒータツール３４の加熱温度設定を上げる必要がなく、板厚０．３ｍｍないし０．７ｍｍのガラス板に対して、共通の条件で熱圧着を行うことが可能となる。従って、用いるガラス板の板厚に応じて加熱温度、ヒータツールの平行度等を調整する必要が無く、作業性の向上を図ることができる。

以上のことから、部品の位置ずれを防止し高い位置精度で熱圧着することができるとともに、作業性の向上した熱圧着方法および熱圧着装置が得られる。

この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

例えば、この発明に係る熱圧着方法および熱圧着装置はアレイ基板とＴＣＰとの接続、あるいはＴＣＰと駆動回路基板との接続に限らず、ＦＰＣとアレイ基板との接続、あるいは、ＦＰＣとプリント回路基板との接続等に用いても良い。また、上記実施形態では異方性導電膜を介して接続する方法を示したが、はんだを用いて接続する場合にも適用することができる。更に、上記実施形態においては、ヒータツールは、パルス電源からのパルス電流を受けるパルスヒートツールとして用いたが、電源から一定の電流を受ける常時ヒートツールとして使用してもよい。
第１シートおよび第２シートの材質は、上述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて種々選択可能である。

図１は、この発明の実施形態に係る熱圧着装置を示す斜視図。 図２は、上記熱圧着装置の熱圧着ヘッドおよびバックアップ部材を示す正面図。 図３は、上記熱圧着装置の熱圧着ヘッドおよびバックアップ部材を示す側面図。 図４は、上記熱圧着装置によって熱圧着される液晶表示パネル、ＴＣＰ、および駆動回路を示す斜視図。 図５は、上記ＴＣＰを拡大して示す斜視図。 図６は、上記熱圧着装置による熱圧着工程を示す側面図。

符号の説明

１６…ステージ、 １８…熱圧着ヘッド、 ２０…ヘッドユニット、
３４…ヒータツール、 ３４ａ…先端部、 ３６…底面、 ５０…第１シート、
５４ａ、５４ｂ、６６ａ、６６ｂ…リール、 ６０…バックアップ部材、
６０ａ…支持面、 ６２…第２シート、 ７０…液晶表示パネル、
７２…アレイ基板、 ７８…ＴＣＰ。

Claims (8)

1. 被接合部を熱圧着する熱圧着方法において、
   被接合部をヒータツールとバックアップ部材との間に配置し、
   前記ヒータツールの先端部と被接合部との間に弾性を有する第１シートを配置し、
   前記バックアップ部材と被接合部との間に弾性および保温性を有した第２シートを配置し、
   前記ヒータツールとバックアップ部材との間に前記第１シート、被接合部および第２シートを挟んだ状態で、前記ヒータツールにより前記被接合部を加圧および加熱し、前記被接合部を熱圧着する熱圧着方法。
2. 被接合部に接触する先端部を有し、被接合部を加圧および加熱するヒータツールと、
   前記被接合部を挟んで前記ヒータツールと対向して設けられ、前記ヒータツールの加圧に対して前記被接合部を支持するバックアップ部材と、
   前記ヒータツールの先端部と前記被接合部との間に設けられ弾性を有した第１シートと、
   前記被接合部と前記バックアップ部材との間に設けられ、弾性および保温性を有した第２シートと、を備えた熱圧着装置。
3. 前記被接合部は、板厚０．３ｍｍないし０．７ｍｍのガラス基板を含んでいる請求項２に記載の熱圧着装置。
4. 前記第２シートの膜厚は、第１シートの膜厚さよりも厚く形成されている請求項２に記載の熱圧着装置。
5. 前記第１シートの膜厚は０．０８ｍｍに形成されている請求項４に記載の熱圧着装置。
6. 前記第１シートはテフロン（登録商標）シートにより形成されている請求項４又は５に記載の熱圧着装置。
7. 前記第２シートの膜厚は０．２ｍｍに形成されている請求項４又は５に記載の熱圧着装置。
8. 前記第２シートはシリコンシートに形成されている請求項７に記載の熱圧着装置。

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