JP2010034105A - 圧着装置、フラットパネルディスプレイの製造装置およびフラットパネルディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】異方性導電膜を介してパネル基板に電子回路部品を実装するときに、両者の間の電気的な接続状態を良好に維持しつつ熱圧着を行うことを目的とする。
【解決手段】パネル基板１上にＡＣＦ５を介して搭載されたＴＡＢ２を圧着するために、パネル基板１を下方から支承する基板支持台２４と、基板支持台２４に搭載されたパネル基板１上のＴＡＢ２を圧着する圧着ヘッド１６とを備えており、圧着ヘッド１６および基板支持台２４は磁性材料から形成されており、圧着ヘッド１６は加圧ブロック１５に揺動可能に連結されており、基板支持台２４に電磁石コイル２３を設けており、電磁石コイル２３を通電して磁力を発生させることにより、圧着ヘッド１６を基板支持台２４に倣わせるようにしている。
【選択図】 図４

Description

本発明は基板と電子回路部品とを圧着する圧着装置、この圧着装置を適用したフラットパネルディスプレイの製造装置およびこのフラットパネルディスプレイの製造装置により製造されたフラットパネルディスプレイに関するものである。

フラットパネルディスプレイの１つに液晶ディスプレイがある。液晶ディスプレイは、２枚の透明基板の間に液晶を封入して構成されるパネル基板の１辺乃至４辺に駆動ＩＣである電子回路部品を搭載して構成される。電子回路部品をパネル基板に実装する方式としては、ＴＡＢ（Tape Automated Bonded）、ＣＯＧ（Chip On Glass）、ＣＯＦ（Chip On Film）等があるが、何れの方式であっても、基板上の電極と電子回路部品との接続は異方性導電膜を介して行われる。異方性導電膜（ＡＣＦ）は、導電粒子を混在させた接着性の樹脂フィルムであり、この異方性導電膜を加熱および加圧して電子回路部品と基板とを熱圧着して実装が行なわれる。熱圧着を行うときには、基板を下方から支承する基板支持台に、基板の電子回路部品が搭載された部位を載置する。そして、上方から加熱された加圧ヘッドを電子回路部品に押し当てて加圧を行うことにより、加熱および加圧の処理が行われる。

熱圧着による実装方式では、電子回路部品とパネル基板との間を厳格に平行となるような状態で圧着しなければならない。このための加圧機構として、特許文献１のような技術が開示されている。特許文献１では、基板に対して圧着ヘッドを押圧させるときに、押圧時の上方向の反力を上部に設けた上部フレームによって受けるようになし、上部フレームと下受け部を支承する基部とを高剛性の側フレームによって固定的に連結している。上部フレームに作用する押圧反力は、連結されている基部に伝達され、ここで電子回路部品に対する押圧力と釣り合うようにしている。
特開２００４−２２１１８４号公報

近年のフラットパネルディスプレイはファインピッチ化の傾向にあり、パネル基板および電子回路部品に形成されている電極のサイズ、また隣接する電極間の間隔は極めて微小になってきている。従って、パネル基板と電子回路部品との電気的な接続状態を良好にするために、パネル基板と電子回路部品との間の相対位置関係を極めて厳格に維持しながら圧着処理を行うことが要求される。一方で、電子回路部品とパネル基板との間には可撓性の樹脂フィルムである異方性導電膜が介在しており、圧着時には異方性導電膜が圧縮される。異方性導電膜は可撓性の樹脂フィルムであり流動性のある部材である。従って、電子回路部品とパネル基板とが圧着され、異方性導電膜が圧縮されるときには、圧縮力が作用する方向を垂直方向に完全に直進させなければならず、水平方向に僅かな力が作用すると、流動性のある部材であるため、滑りを生じてしまう。滑りを生じると、電子回路部品はパネル基板に対して水平方向に位置ずれを起こし、パネル基板と電子回路部品との間の接続状態が不良になる。

特許文献１の技術では、パネル基板と電子回路部品との圧着には機械的な力により行っている。つまり、シリンダによりロッドを駆動させて、ロッドの上端部を上部フレームに機械的に押し付けて、加圧力を作用させている。このため、圧着機構の機械的精度や強度が完全に確保されていればともかく、そうでない場合には圧着時に生じる滑りにより位置ずれを起こすようになる。パネル基板と電子回路部品との圧着処理は繰り返し行われることから、当初はシリンダのロッドを垂直方向に直進性を持たせていたとしても、繰り返し圧着処理を行うことにより、徐々にロッドの直進性が失われていくようになる。また、ロッドの上端部の面を上部フレームに繰り返し押し当てていることから、ロッド上端部の面が次第に傾斜していき、上部フレームとロッド上端部の面との平行度を確保することができなくなる。このように、繰り返しの圧着処理により機械的精度が低下し、異方性導電膜を圧縮するときに生じる滑りにより位置ずれを起こし、接続不良を起こすようになる。

そこで、本発明は、異方性導電膜を介してパネル基板に電子回路部品を実装するときに、両者の間の電気的な接続状態を良好に維持しつつ熱圧着を行うことを目的とする。

本発明の請求項１の圧着装置は、基板上に異方性導電膜を介して搭載された電子回路部品を圧着するために、前記基板を下方から支承する基板支持台と、この基板支持台に搭載された前記基板上の前記電子回路部品を圧着する圧着ヘッドと、前記圧着ヘッドを昇降動作させる昇降駆動機構と、を備える圧着装置であって、前記圧着ヘッドおよび前記基板支持台は磁性材料から形成されており、また前記圧着ヘッドは前記昇降駆動機構に揺動可能に連結されており、前記圧着ヘッドと前記基板支持台とのうち少なくとも一方にコイルを設け、このコイルを通電して磁力を発生させることにより、前記圧着ヘッドを前記基板支持台に倣わせるようにしたこと、を特徴とする。

この圧着装置によれば、圧着ヘッドと基板支持台との間に生じる磁力の作用により、圧着ヘッドの面と基板支持台の面とが倣うように吸着する。これにより、基板と電子回路部品との相対位置関係が厳格に維持されながら圧着されるため、基板と電子回路部品との間の位置ずれが起こらなくなる。従って、基板と電子回路部品との間の接続状態を良好にすることができるようになる。

本発明の請求項２の圧着装置は、請求項１記載の圧着装置において、前記圧着ヘッドと前記基板支持台との間に作用する磁力により、前記電子回路部品を前記基板に加圧すること、を特徴とする。

この圧着装置によれば、圧着ヘッドの面と基板支持台の面とが倣った状態から強力な磁力を作用させることにより、電子回路部品を基板に加圧することができるようになる。磁力は一様に作用するため、圧着時に滑りを生じることなく、確実に且つ良好に電子回路部品が基板に圧着される。磁力により圧着を行っているため、別途の加圧機構を要することがなくなり、機構の簡略化を図ることができる。

本発明の請求項３の圧着装置は、請求項１記載の圧着装置において、前記昇降駆動機構の先端部を球面形状に構成し、また前記昇降駆動機構は下方に向けて加圧力を作用させる構成となし、前記基板支持台に倣った前記圧着ヘッドに対して、前記昇降駆動機構の先端部から加圧力を作用させるようにしたこと、を特徴とする。

この圧着装置によれば、圧着ヘッドを基板支持台に倣わせた状態で球面形状の先端部から加圧力を作用させていることから、磁力と加圧力との組合せにより所望の加圧力を得ることができるようになる。

本発明の請求項４の圧着装置は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧着装置において、前記基板の１辺に対して複数の前記電子回路部品が搭載されており、前記圧着ヘッドは、１個分の前記電子回路部品を圧着させる面積を有していること、を特徴とする。

この圧着装置によれば、基板に複数搭載されている電子回路部品のうち１個分の電子回路部品を加圧するだけの面積を当接ヘッドに持たせているため、この当接ヘッドの面積を狭小にすることができ、電子回路部品に対してより均一に加圧することができるようになる。

本発明の請求項５のフラットパネルディスプレイの製造装置は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の圧着装置を備えたこと、を特徴とする。また、本発明の請求項６のフラットパネルディスプレイは、請求項５記載のフラットパネルディスプレイの製造装置により製造されたものである。

請求項１乃至４の何れか１項に記載した圧着装置は、フラットパネルディスプレイの製造装置に適用することができる。フラットパネルディスプレイの製造工程の中でも、電子回路部品と基板とを本圧着する工程に主に適用することができる。フラットパネルディスプレイとしては、主に液晶ディスプレイがあるが、有機ＥＬディスプレイやプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置に対して適用するものであってもよい。

本発明は、圧着ヘッドを揺動可能に構成し、圧着ヘッドと基板支持台との間に磁力を作用させることにより、圧着ヘッドが基板支持台に倣うようにして吸着されるようになる。このため、基板に対して電子回路部品が位置ずれを起こすことなく吸着されるため、圧着時に滑りを生じることなく、基板と電子回路部品との間の相対位置関係を厳格にすることができ、接続状態を良好に維持しながら基板に電子回路部品を実装できるようになる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、液晶ディスプレイを構成するパネル基板１を示している。以下、液晶ディスプレイを例示して説明するが、有機ＥＬディスプレイやプラズマディスプレイ等の任意のフラットパネルディスプレイに対して、本発明の圧着装置を適用することができる。パネル基板１は、ＴＦＴ回路が形成されたＴＦＴ基板１ａとカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板１ｂとを貼り合わせた基板であり、ＴＦＴ基板１ａとカラーフィルタ基板１ｂとの中間層に液晶を封入したものとして構成している。図１にも示しているように、ＴＦＴ基板１ａはカラーフィルタ基板１ｂよりも寸法が大きいものを使用しており、このためパネル基板１の周辺部において、それぞれ所定幅の領域が露出している。この領域（ＴＡＢ搭載領域１ｃとする）にＴＡＢ２を搭載していく。図１では、ＴＡＢ２はパネル基板１の長辺および短辺の２辺に対して搭載していくものを例示しているが、１辺、３辺、４辺に対して搭載するものであってもよい。

本発明では、電子回路部品としてＴＡＢ２を適用している。電子回路部品を実装する方式としてＴＡＢ方式を例示しているが、ドライバＩＣを直接パネル基板１に搭載するＣＯＧ方式やフレキシブルなプリント基板上にドライバＩＣを搭載するＣＯＦ方式等の任意の方式を用いるものであってよい。そして、パネル基板１の周囲には印刷回路基板としてのＰＣＢ３を配置しており、ＰＣＢ３とＴＡＢ２とが電気的に接続される。ＰＣＢ３は、パネル基板１の各画素を駆動するためのコントローラであり、ＰＣＢ３からの信号がＴＡＢ２に出力され、ＴＡＢ２からパネル基板１の各画素の駆動が行われる。

図２は、ＴＡＢ２の接続部分を示している。パネル基板１に形成されているＴＡＢ搭載領域１ｃには、複数の電極が群をなして所定ピッチ毎に電極群４を形成している。一方、ＴＡＢ２はＩＣ回路素子２ａとフィルム基板２ｂとを有しており、フィルム基板２ｂには多数の電極を形成している。パネル基板１の電極群４の各電極とＴＡＢ２に形成されている各電極とが電気的に接続されて、パネル基板１の各画素の駆動が行われる。

パネル基板１にＴＡＢ２を実装するプロセスとしては、ＡＣＦ貼り付け工程と仮圧着工程と本圧着工程との３つが主にある。ＡＣＦ５は導電粒子を混在させた熱硬化性の接着フィルムであり、ＡＣＦ貼り付け工程においてパネル基板１の電極群４に正確にアライメントされた後にＡＣＦ５が貼り付けられる。仮圧着工程は、このＡＣＦ５に対して僅かな温度および加圧力で熱圧着を行い、パネル基板１とＴＡＢ２との間に粘着力を作用させて仮圧着状態にする。本圧着工程は、仮圧着状態のパネル基板１とＴＡＢ２との間に高温および高圧で熱圧着を行い、確実にパネル基板１にＴＡＢ２を搭載する工程である。

図３（ａ）には、ＴＡＢ２がパネル基板１に仮圧着状態となっている状態を示している。本圧着工程では、ＡＣＦ５が高温で加熱されるため、ＡＣＦ５のフィルム５ａが熱溶融する。そして、ＴＡＢ２には上方から加圧力が作用するため、ＴＡＢ２はパネル基板１に対して押し当てられ、図３（ｂ）のようにＡＣＦ５は圧縮される。従って、ＴＡＢ２とパネル基板１との間隔も圧縮されて、パネル基板１とＴＡＢ２とが密着するようになる。このとき、パネル基板１に形成されている電極群４の電極４ｄとＴＡＢ２に形成されている電極２ｄとの間で、導電粒子５ｂが挟持されて、その間が電気的に接続された状態になる。そして、ＡＣＦ５のフィルム５ａを熱硬化させることにより、ＴＡＢ２がパネル基板１に熱圧着される。この本圧着処理を経ることにより、パネル基板１に確実にＴＡＢ２が実装された状態になる。なお、ＡＣＦ５には熱可塑性の接着フィルムを用いてもよい。

本圧着工程では、パネル基板１を下方から支持部材により支持した状態で、上方から圧着部材をＴＡＢ２に押し当てて、加圧力を作用させて圧着させる。このとき、圧着部材が厳格に垂直方向に直進するものであればよいが、機械的精度の低下により僅かに角度をもって押し当てるような場合には、ＡＣＦ５は可撓性の接着フィルムであり、流動性を持つ部材であることから、圧着時に電極２ｄと電極４ｄとの間にずれを生じる水平方向に大きな力が作用する。その結果、ＴＡＢ２が水平方向に滑りを起こし、ＴＡＢ２とパネル基板１との間の相対位置関係がずれるようになる。特に、パネル基板１に形成されている電極４ｄおよびＴＡＢ２に形成されている電極２ｄは、配線数の増加に伴いファインピッチ化の傾向にあり、電極自体のサイズも非常に微小なものになる。このため、僅かな水平方向の力が作用して、ＴＡＢ２に滑りが生じると、電極２ｄと電極４ｄとの接続状態が不良になり、ＴＡＢ２をパネル基板１に正確に実装できなくなる。

そこで、本発明では、磁力によりＴＡＢ２をパネル基板１に倣わせるようにして圧着処理を行うようにしている。図４および図５に本発明の圧着装置１０を示す。この圧着装置１０は、パネル基板１を挟んで上部側に設けられる圧着機構１１と下部側に設けられる支持機構１２とを有している。圧着機構１１は、上部側シリンダ１３と上部側スライダ１４と加圧ブロック１５と圧着ヘッド１６と連結軸１７とを備えて概略構成している。上部側シリンダ１３と上部側スライダ１４とは連結されており、上部側シリンダ１３の昇降動作に伴って上部側スライダ１４が昇降動作を行う。上部側スライダ１４はガイドレール１８に沿って昇降動作を行うようになっている。上部側スライダ１４の下部には加圧ブロック１５が接続されており、上部側スライダ１４と一体となって昇降動作を行う。

圧着ヘッド１６は、嵌合部１６Ｃを有する概略凹形状の部材であり、嵌合部１６Ｃにおいて加圧ブロック１５と連結軸１７により連結されている。連結軸１７は嵌合部１６Ｃの側面に設けた連結孔１６Ｈに回転自在に挿通されており、圧着ヘッド１６は加圧ブロック１５に対して自由に揺動することが可能なようになっている。図５に示すように、連結孔１６Ｈの孔径は連結軸１７の径より大きく形成しており、また上下に比較的大きな幅を持たせている。そして、図４および図５に示すように、加圧ブロック１５の先端部分を球面形状にしている。

次に、支持機構１２について説明する。支持機構１２は、下部側シリンダ２１と下部側スライダ２２と電磁石コイル２３と基板支持台２４とヒータ２５とを備えて概略構成している。下部側シリンダ２１は下部側スライダ２２と連結されており、この下部側スライダ２２はガイドレール１８に沿って昇降動作させることが可能なようになっている。下部側スライダ２２の上部には電磁石コイル２３が巻回されており、その上部には基板支持台２４が連結されている。基板支持台２４にはヒータ２５を設けており、ヒータ２５の加熱作用により基板支持台２４を加熱することができるようになっている。以上の圧着ヘッド１６、下部側スライダ２２および基板支持台２４には、例えば、鉄等の磁性材料からなる素材を用いている。

以上の構成を用いた場合の本圧着処理について説明する。仮圧着処理においてＴＡＢ２が仮圧着されたパネル基板１が本圧着処理を行うステージに搬送され、圧着装置１０に圧着部位がセットされる。この時点では、圧着機構１１および支持機構１２は、パネル基板１およびＴＡＢ２に接触しておらず、それぞれ離間した上下位置で待機している。パネル基板１が正確にアライメントされた後に、まず下部側シリンダ２１を駆動して下部側スライダ２２を上昇させる。これにより、支持機構１２が上昇して、基板支持台２４がパネル基板１の下部に当接し、下方からパネル基板１が支承される。なお、パネル基板１のアライメントを圧着装置１０の圧着部位で行わず、この部位から離れた位置で行うことで下部側スライダ２２は下部側シリンダ２１を備えない固定式とすることもできる。

次に、上方から圧着機構１１が圧着を行う。まず、上部側シリンダ１３を駆動することにより、上部側スライダ１４が下降し、圧着機構１１全体が下降する。そして、圧着ヘッド１６とＴＡＢ２とが接触する位置にまで下降させて、その位置で停止するようにする。このときには、ＴＡＢ２に対して加圧力は作用されておらず、ＴＡＢ２が動かないように圧着ヘッド１６の自重のみで単に接触している状態になる。この状態で、電磁石コイル２３を通電する。電磁石コイル２３を通電すると、下部側スライダ２２および基板支持台２４は磁性材料を用いているため、各部に磁力が発生する。そして、圧着ヘッド１６も磁性材料を用いているため、圧着ヘッド１６と基板支持台２４との間には磁力が作用して、吸着し合うようになる。このとき、圧着ヘッド１６と基板支持台２４との間には一様な磁界が発生しているため、圧着ヘッド１６の下面が基板支持台２４の上面に倣うようにして吸着される。このため、圧着ヘッド１６と基板支持台２４との間に挟まれている状態になっているパネル基板１とＴＡＢ２とは位置ずれを起こすことなく密着状態になる。

また、ヒータ２５を稼動して基板支持台２４全体の加熱も行っている。基板支持台２４が加熱されることにより、当接しているパネル基板１も加熱される。基板支持台２４はパネル基板１上のＴＡＢ２の搭載部位を下方から支承しているため、加熱により、パネル基板１とＴＡＢ２との間に介在しているＡＣＦ５が高温状態になり、熱溶解して接着力を発揮するようになる。そして、上部側シリンダ１３を駆動して、さらに加圧ブロック１５を下降させる。圧着ヘッド１６の連結孔１６Ｈは上下方向にある程度の幅を持たせており、圧着ヘッド１６は下降しないが、加圧ブロック１５はさらに下降することが可能である。加圧ブロック１５をさらに下降させて、圧着ヘッド１６の嵌合部１６Ｃの面を加圧する。

加圧ブロック１５の先端部を球面形状にしているため、この先端部と嵌合部１６Ｃの面とは点接触することになる。このとき、磁力の作用により、圧着ヘッド１６は基板支持台２４に倣うようにして吸着されており、厳格な平行度が維持されている。従って、この状態で、球面形状の加圧ブロック１５先端部により圧着ヘッド１６を加圧すると、圧着ヘッド１６の下面全体に均等な加圧力を作用させることができるようになる。このため、水平方向にＴＡＢ２が滑ることはなく、電極２ｄと電極４ｄとの間を確実に接続した状態にすることができるようになる。以上の熱圧着を行うことにより、電気的に接続された状態を維持しつつ、ＴＡＢ２をパネル基板１に実装することができる。この本圧着処理を終了した後には、電磁石コイル２３の通電を停止して、磁力を解除し、上部側シリンダ１３および下部側シリンダ２１を駆動して、圧着機構１１と支持機構１２とを離間させるようにする。

従って、基板支持台２４に磁力を発生させて、圧着ヘッド１６を倣わせるようにして吸着していることから、パネル基板１とＴＡＢ２との間の位置ずれを起こすことなく圧着処理を行うことができるようになる。以上の例では、圧着ヘッド１６を倣わせた状態で加圧ブロック１５により加圧力を作用させているが、加圧力を与える手段としては任意の手段を適用することができる。例えば、電磁石コイル２３に通電させるときの電流を増大させれば、強力な磁力を生じさせることができ、圧着ヘッド１６が基板支持台２４に倣うようにして強く吸着されるようになる。このため、圧着処理に必要な加圧力を磁力により与えることができるため、加圧ブロック１５から加圧力を作用させる必要がなくなる。この場合には、単に圧着ヘッド１６を昇降させる機構だけで足り、機構の簡略化を図ることができるようになる。

また、圧着ヘッド１６および基板支持台２４はＴＡＢ２の１個分を熱圧着するための面積を有しているものを適用している。パネル基板１には複数のＴＡＢ２が実装されるため、ＴＡＢ２の個数分の圧着装置１０を用意するか、或いは圧着装置１０を水平方向に移動可能に構成して、順次ＴＡＢ２を圧着装置１０により実装を行うようにする。ＴＡＢ２の１個分の面積を圧着ヘッド１６および基板支持台２４を持たせているため、当該面積は狭小な面積となる。従って、加圧力をより均一に作用させることができるようになるという効果を奏する。ただし、パネル基板１の１辺に実装する全てのＴＡＢ２をカバーするように、圧着ヘッド１６および基板支持台２４を細長にしてもよい。この場合でも、磁力の作用により圧着ヘッド１６は基板支持台２４に倣うようにして吸着するため、平行度を確保することはできる。また、圧着ヘッド１６はＴＡＢ２の１個分だけの面積を持たせ、基板支持台２４を全てのＴＡＢ２をカバーできるように細長にするものであってもよい。また、ヒータ２５は基板支持台２４に設けるのではなく圧着ヘッド１６に設けてもよく、基板支持台２４と圧着ヘッド１６とに設けてもよい。

パネル基板の平面図である。 パネル基板とＴＡＢとの接続前の状態を示す外観図である。 パネル基板とＴＡＢとがＡＣＦにより接続される状態を示す説明図である。 圧着装置の正面図である。 圧着装置の側面図である。

符号の説明

１ パネル基板 １０ 圧着装置
１１ 圧着機構 １２ 支持機構
１５ 加圧ブロック １６ 圧着ヘッド
２３ 電磁石コイル ２４ 基板支持台

Claims (6)

1. 基板上に異方性導電膜を介して搭載された電子回路部品を圧着するために、前記基板を下方から支承する基板支持台と、この基板支持台に搭載された前記基板上の前記電子回路部品を圧着する圧着ヘッドと、前記圧着ヘッドを昇降動作させる昇降駆動機構と、を備える圧着装置であって、
   前記圧着ヘッドおよび前記基板支持台は磁性材料から形成されており、また前記圧着ヘッドは前記昇降駆動機構に揺動可能に連結されており、
   前記圧着ヘッドと前記基板支持台とのうち少なくとも一方にコイルを設け、このコイルを通電して磁力を発生させることにより、前記圧着ヘッドを前記基板支持台に倣わせるようにしたこと、を特徴とする圧着装置。
2. 前記圧着ヘッドと前記基板支持台との間に作用する磁力により、前記電子回路部品を前記基板に加圧すること、を特徴とする請求項１記載の圧着装置。
3. 前記昇降駆動機構の先端部を球面形状に構成し、また前記昇降駆動機構は下方に向けて加圧力を作用させる構成となし、
   前記基板支持台に倣った前記圧着ヘッドに対して、前記昇降駆動機構の先端部から加圧力を作用させるようにしたこと、を特徴とする請求項１記載の圧着装置。
4. 前記基板の１辺に対して複数の前記電子回路部品が搭載されており、
   前記圧着ヘッドは、１個分の前記電子回路部品を圧着させる面積を有していること、を特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧着装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の圧着装置を備えたこと、を特徴とするフラットパネルディスプレイの製造装置。
6. 請求項５記載のフラットパネルディスプレイの製造装置により製造されたフラットパネルディスプレイ。

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