JP2009176792A - 熱圧着接続方法、装置及び配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱と加圧を行なう圧着ヘッドを用い配線基板における接続パターンなどの所定部分を安定的に導電接続できると共に当該所定部分以外の部分を接着材料で強固に着設できるような熱圧着接続方法及びその方法を用いる装置並びに印刷配線基板を提供する。
【構成】熱圧着接続方法及びその方法を用いた装置並びに印刷配線基板において、圧着面が凹凸形状の圧着ヘッド４を用い前記圧着面の凸部位で、予め対抗配置されている配線基板１ａ，１ｂの接続パターン２ａ，２ｂ同士を直接面接触させると共に、前記圧着面の凹部位では接着樹脂フィルム３により前記接続パターン２ａ，２ｂ同士を接着させるようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は熱圧着接続方法及び装置並びに印刷配線基板に係わり、特に、加熱と加圧を行なう圧着ヘッドを用い配線基板における接続パターンなどの所定部分を安定的に導電接続できると共に当該所定部分以外の部分を接着材料で強固に着設できるような熱圧着接続方法及びその方法を用いる装置並びに印刷配線基板に関する。

熱圧着工法による接続方法としては、従来から次のような方法が通常用いられている。すなわち、接続材料として異方性導電フィルムや異方性導電ペースト等といった導電性の粒子を含んだ接着剤を２個の配線基板のうち一方の配線基板の接続パターンに貼り付けた状態でその接着剤に圧着ツールによって所定の圧力と熱を加え、複数個の導電粒子が双方の接続パターンに接触した状態で、接着剤により固定して導通接続させている。

このような接着剤を用いた方法においては、導電性の粒子を接着剤に混入させており、接続パターンのピッチや厚さによって導電粒子の分散密度や粒子径などを変更する必要があるため、接続パターンが狭ピッチになるほど材料コストが高くなるという問題があった。
また、導電粒子は球状であり、圧着後に潰されて双方の接続パターンと接触しているため、接続信頼性の面からも問題があった。更に、導電粒子には常に球状に戻ろうとする力が働いているため、接着剤による固定状態が不安定である場合には、導通不良になるという問題もあった。

図５は従来例の要部構成説明図であり、従来の熱圧着接続方法として通常行われている、異方性導電フィルムを接続材料とした従来例を説明するための図である。この図において、ベースとなる一方の配線基板１ａ上に接続パターン２ａが形成されており、その接続パターン２ａ上に異方性導電フィルム５が貼り付けられている。

また、異方性導電フィルム５には接着剤層に複数個の導電粒子が分散した状態で混入している。他方に接続される配線基板１ｂの接続パターン２ｂを接続パターン２ａに重ね合わせた状態で、圧着ヘッド４を矢印の方向へ圧力Ｆで下降させて他方の面に所定の圧力と熱を加えることにより、接続パターン２ａ，２ｂなどの導電接続を行なうようになっている。

一方、図６は図５のＡ―Ａ断面図であり接続パターン２ａ、２ｂの短手方向の断面を示しており、図７は図５のＢ―Ｂ断面図であり接続パターン２ａ、２ｂの長手方向の断面を示している。以下、これらの図を参照しながら、導電接続後の圧着状態について詳しく説明する。
図６において、一方の接続パターン２ａと他方の接続パターン２ｂの間に異方性導電フィルム５が挟着されると共に、導電粒子６が押し潰された状態で、接着剤が硬化し接続パターン２ａと２ｂを導電接続させている。

また、図７で示すように、１つの接続パターン２ａ、２ｂ間に複数個の導電粒子が存在しているうえ接続材料である異方性導電フィルム５は接着剤と数ミクロンの導電粒子６から構成されているため、製造コストなどが高くなっていた。

この種の問題に対応するため、例えば下記の特許文献１〜４に示すような種々の方法が従来から考案されている。即ち、特許文献１に記載された熱圧着装置の発明では、配線基板の実装部に仮実装された複数の電子部品を熱圧着ヘッドで同時に圧力と熱を加えることにより、配線基板上に一度に複数の電子部品を熱圧着して実装するようにしていた。

また、特許文献２に記載された電子部品の加圧装置の発明では、加圧シリンダの底板に形成された挿通孔の横断面積を、電子部品を加圧する加圧力に従って設定し、挿通孔に上下動自在に挿通するピストンロッドを、加圧シリンダの内圧で下方に付勢し、ピストンロッドの下端で回路基板に搭載された電子部品を加圧するようにしていた。

特許文献３に記載された熱圧着ヘッドの発明では、熱圧着面に耐熱性可とう体を装着し全ての電極パターンを均一に熱圧着できるようにしている。
また、特許文献４に記載されたボンディング装置の発明では、上下動自在で対応する部品を複数の押圧部材で押圧しながら加熱させ、形状の異なる部品に対してもボンディングできるような構成していた。

然しながら、上述の特許文献１〜４に記載されている何れの発明においても、接続パターンなどの導電接続が不安定になったり接続材料コストが高くなったりする等の問題があった。

特開２００４−２５３５６３号公報 特開２００７−７３５４７号公報 特開昭６１−２５５７７７号公報 特開平７−８６３３６号公報

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、加熱と加圧を行なう圧着ヘッドを用い配線基板における接続パターンなどの所定部分を安定的に導電接続できると共に当該所定部分以外の部分を接着材料で強固に着設できるような熱圧着接続方法及びその方法を用いる装置並びに印刷配線基板を提供することを目的としている。

上記目的を達成する請求項１記載の発明は、配線基板の接続パターンを熱圧着工法で加熱圧着して導電接続する方法において、圧着面が凹凸形状の圧着ヘッドを用い圧着面の凸部位で、予め対抗配置されている第１及び第２配線基板の接続パターン同士を直接面接触させると共に、圧着面の凹部位では絶縁性の接着樹脂を介して接続パターン同士を接着させることを特徴とするものである。
圧着面が凹凸形状の圧着ヘッドを用い圧着面の凸部位で、予め対抗配置されている第１及び第２配線基板の接続パターン同士を直接面接触させると共に、圧着面の凹部位では絶縁性の接着樹脂を介して接続パターン同士を接着させる。

同様に上記目的を達成する請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱圧着接続方法において、接着樹脂のうち圧着面の凸部位に相当する部分が圧着面の凹部位の下方部分へ押し出され、当該下方部分の接着樹脂によって接続パターン同士が接着されることを特徴とするものである。
同様に上記目的を達成する請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の熱圧着接続方法において、第２配線基板の接続パターンが、圧着面における凸部位に相当する部分で凹型となり凹部位の下方部分で凸型となる波形状に形成されることを特徴とするものである。

同様に上記目的を達成する請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の熱圧着接続方法において、接着樹脂が接着樹脂フィルムであることを特徴とするものである。
同様に上記目的を達成する請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の熱圧着接続方法において、圧着面における凹凸形状が接続パターンの長手方向に形成された圧着ヘッドを用いることを特徴とするものである。

同様に上記目的を達成する請求項６記載の発明は、第１配線基板に形成された接続パターンに絶縁性の接着樹脂を着設すると共に前記接続パターンと対抗させて第２配線基板の接続パターンを配置し前記第２配線基板の側から押圧と加熱を行なうことにより前記接続パターン同士の少なくとも一部を導電接続させる装置において、加熱と加圧を行なう熱圧着ヘッドと、前記熱圧着ヘッドを上下動させる駆動手段と、前記第１配線基板を保持する受け台とを設け、熱圧着ヘッドの圧着面に所定の凹凸形状が形成されていることを特徴とするものである。

同様に上記目的を達成する請求項７記載の発明は、請求項６記載の熱圧着装置において、凹凸形状は前記接続パターンの長手方向に形成されていることを特徴とするものである。
同様に上記目的を達成する請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の熱圧着装置において、接着樹脂が接着樹脂フィルムであることを特徴とするものである。

同様に上記目的を達成する請求項９記載の発明は、印刷配線基板において、予め対抗配置された第１及び第２の接続パターンの所定部分が熱圧着工法で加熱圧着されて導電接続された第１及び第２の配線基板を有し、前記所定部分の接続パターン同士が直接面接触すると共に、前記所定部分以外の部分では絶縁性の接着樹脂を介して接続パターン同士が接着していることを特徴とするものである。
同様に上記目的を達成する請求項１０記載の発明は、請求項９記載の印刷配線基板において、少なくとも第２接続パターンが、前記所定部分で凹型となり前記所定部分以外の部分では凸型となる波形状に形成されていることを特徴とするものである。

本発明に係る熱圧着接続方法及びその方法を用いる装置並びに印刷配線基板によれば、熱圧着接続装置の圧着ヘッドにおいて圧着面を所定の凹凸形状にすることにより、圧着ヘッドの凸部位の接続パターン同士を直接面接触させて導通させると共に、十分な接続強度を保つため圧着ヘッド凹部位では接着樹脂を介して接続パターン同士を強固に接着させている。

その結果、接続パターンの所望部分で安定した導通接続が確保できるという利点がある。また、接続パターンの接続ピッチが狭くなった場合も圧着ヘッドの圧着面における凹凸形状の変更と接着樹脂を用いるだけで済むため、前記従来例のように異方性導電フィルムにおける導電粒子の粒径や密度を変更する必要性が無く、接続材料のコストを抑えることができるという利点がある。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について、図を参照しながら詳しく説明する。図１は本実施形態の要部構成説明図であり、図中、１ａ，１ｂは第１，第２の配線基板、２ａ，２ｂは第１，第２の配線基板１ａ，１ｂにそれぞれ形成された接続パターン、３は接着材料の一種である絶縁性の接着樹脂フィルム、４は対象物に所定の圧力と熱を加える圧着ヘッドである。

このような構成からなる本実施形態において、ベースとなる第１配線基板１ａの接続パターン２ａに接着樹脂フィルム３が貼り付けられ、第２配線基板１ｂの接続パターン２ｂが接続パターン２ａに対抗する位置になるように第１配線基板１ａが設置された状態で、熱圧着装置の圧着ヘッド４が圧力Ｆで下降して所定の圧力と熱が加えられ、接続パターン２ａ，２ｂの各所定部分が導通接続される。

図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は本実施形態の動作を説明するための図であり、図中、図１と同一符号は同一の意味を持たせて使用し、ここでの重複説明は省略する。なお、圧着ヘッド４の圧着面を側面（図２及び図３において紙面の正面側）から見ると、図１における接続パターン２ａ，２ｂの長手方向（図２及び図３において紙面の水平方向）に凹凸が形成されている。

図２で示すように、圧着ヘッド４により加熱と加圧を行なう熱圧着装置において、最初、ベースとなる第１配線基板１ａが受け台７上にセットされる。この第１配線基板１ａには接続パターン２ａが形成されると共に、その接続パターン２ａの上に、接着樹脂フィルム３が予め貼り付けられている。
次いで、第２配線基板１ｂの接続パターン２ｂを、上記接続パターン２ａに重ね合わさる位置となるようにセットし、その状態で、加熱された圧着ヘッド４を圧力Ｆで図２の矢印方向へ下降させ、その後、第２配線基板１ｂの接続パターン２ｂに所定の圧力と熱が加えられる。

一方、図３は、圧着ヘッド４が第２配線基板１ｂの接続パターン２ｂを加熱及び加圧している状態を示している。この図で示すように、圧着ヘッド４の圧着面は図３の紙面上で水平方法に形成された凹凸形状となっているため、圧着ヘッド４の圧着面における凸部位だけで接続パターン２ｂが加圧されるようになる。このため、圧着ヘッド４の圧着面の凸部位に相当する部分の接着樹脂フィルム３が押し出され、その凸部位に当たる接続パターン２ｂが接続パターン２ａに直接面接触するようになる。

また、圧着ヘッド４の圧着面における凹部位は第２配線基板１ｂを直接加圧しないため、当該凹部位の下方に位置する接続パターン２ｂの部分は接続パターン２ａと直接的には接触しない。しかし、圧着ヘッド４による加圧と加熱によって圧着面における凸部位の接着樹脂フィルム３が押し出されて上記凹部位に到達しているため、接着樹脂フィルム３によって接続パターン２ａと接続パターン２ｂが接着させられる。

すなわち、圧着ヘッド４の圧着面における凸部位に相当する部分で接続パターン２ｂが接続パターン２ａに直接面接触すると共に、当該圧着面における凹部位の下方で接続パターン２ｂが接着樹脂フィルム３を介して接続パターン２ａに接着させられる。
その結果、図３に示すように、接続パターン２ｂは上記圧着面の凸部位に相当する部分で凹型となり上記圧着面の凹部位に相当部分で凸型となるような波状に変形する。この状態で、接着樹脂フィルム３が硬化し接続パターン２ａと接続パターン２ｂが固定されるようになる。

このようにして、上記圧着面の凸部位に相当する所定部分における接続パターン同士が直接面接触すると共に、当該所定部分以外の部分（上記圧着面の凹部位に相当する部分）では絶縁性の接着樹脂フィルム３を介して接続パターン２ａ，２ｂ同士が接着しているような第１及び第２の配線基板１ａ，１ｂを有する印刷配線基板が得られる。

次に、本発明の他の実施の形態について図を参照しながら説明する。図４は本発明の他の実施の形態を説明するための図であり、図中、８は押圧面における凹凸のピッチと幅が狭い圧着ヘッドである。なお、図２と同一符号は同一意味を持たせて使用し、ここでの重複説明は省略する。

このような構成からなる本発明の他の実施の形態において、圧着ヘッド８の圧着面における凹凸形状は、図１〜図３に示した本発明の実施形態における圧着ヘッド４の場合に比して、凹凸のピッチと幅が狭くなっている。
このため、第１及び第２の配線基板１ａ，１ｂにそれぞれ形成されている接続パターン２ａ，２ｂが狭ピッチの場合に、接続パターン２ａ，２ｂの所望部分で安定した導通接続が可能になる。
同様にして、圧着ヘッド８の圧着面における凹凸形状は、配線基板、接続パターンの材質及び接続ピッチなどにより、凹凸のピッチや凸部の先端形状などが変更可能である。

以上詳しく説明したような本発明他の実施の形態によれば、図１〜図３を用いて詳述した本発明の最良の実施形態の場合と同様の効果が得られる。
すなわち、本発明他の実施の形態によれば、接続パターン２ａ，２ｂの所望部分で安定した導通接続が可能であるうえ、前記従来例の異方性導電フィルムの場合のように導電粒子の粒径や密度を変更する必要が無く、圧着ヘッド８の圧着面における凹凸形状の変更と接続材料である接着樹脂を用いるだけで済み接続材料のコストを抑えることができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

本発明は、異方性導電フィルムを接続材料として熱圧着接続をしている装置あるいはそれ以外の接続材料でも熱圧着接続している装置、及び本発明と同様の熱圧着接続方法を使用して製造する各種の印刷配線基板に適用できるものである。

本実施形態の要部構成説明図 本実施形態の動作を説明するための図 本実施形態の動作を説明するための図 本発明の他の実施の形態を説明するための図 従来例の要部構成説明図 図５のＡ―Ａ断面図 図５のＢ―Ｂ断面図

符号の説明

１ａ，１ｂ・・・・・・配線基板
２ａ，２ｂ・・・・・・接続パターン
３・・・・・・・・・・接着樹脂フィルム
４，８・・・・・・・・圧着ヘッド
５・・・・・・・・・・異方性導電フィルム
６・・・・・・・・・・導電粒子
７・・・・・・・・・・受け台

Claims (10)

1. 配線基板の接続パターンを熱圧着工法で加熱圧着して導電接続する方法において、圧着面が凹凸形状の圧着ヘッドを用い前記圧着面の凸部位で、予め対抗配置されている第１及び第２配線基板の接続パターン同士を直接面接触させると共に、前記圧着面の凹部位では絶縁性の接着樹脂を介して前記接続パターン同士を接着させることを特徴とする熱圧着接続方法。
2. 前記接着樹脂のうち前記凸部位の相当部分が前記凹部位の下方部分へ押し出され、当該下方部分の接着樹脂によって前記接続パターン同士が接着されることを特徴とする請求項１記載の熱圧着接続方法。
3. 前記第２配線基板の接続パターンは、前記凸部位の相当部分で凹型となり前記凹部位の下方部分で凸型となる波形状に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の熱圧着接続方法。
4. 前記接着樹脂は接着樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の熱圧着接続方法。
5. 前記凹凸形状が前記接続パターンの長手方向に形成された圧着ヘッドを用いることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の熱圧着接続方法。
6. 第１配線基板に形成された接続パターンに絶縁性の接着樹脂を着設すると共に前記接続パターンと対抗させて第２配線基板の接続パターンを配置し前記第２配線基板の側から押圧と加熱を行なうことにより前記接続パターン同士の少なくとも一部を導電接続させる装置において、加熱と加圧を行なう熱圧着ヘッドと、前記熱圧着ヘッドを上下動させる駆動手段と、前記第１配線基板を保持する受け台とを具備し、前記熱圧着ヘッドの圧着面に所定の凹凸形状が形成されていることを特徴とする熱圧着装置。
7. 前記凹凸形状は前記接続パターンの長手方向に形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱圧着装置。
8. 前記接着樹脂は接着樹脂フィルムであることを特徴とする請求項６又は７記載の熱圧着装置。
9. 予め対抗配置された第１及び第２の接続パターンの所定部分が熱圧着工法で加熱圧着されて導電接続された第１及び第２の配線基板を有する印刷配線基板であって、前記所定部分の接続パターン同士が直接面接触すると共に、前記所定部分以外の部分では絶縁性の接着樹脂を介して前記接続パターン同士が接着していることを特徴とする印刷配線基板。
10. 少なくとも前記第２接続パターンが、前記所定部分で凹型となり前記所定部分以外の部分では凸型となる波形状に形成されていることを特徴とする請求項９記載の印刷配線基板。

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