JP2010067922A - 熱圧着装置及び電気部品の実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気部品の実装部分の反りに起因する接続不良や接続信頼性の低下を防止可能な接着剤を用いた実装技術を提供する。
【解決手段】本発明の熱圧着装置は、圧着対象物を支持押圧する支持押圧面２１を有するステージ２と、圧着対象物を押圧する押圧面３１を有する熱圧着ヘッド３とを備え、ステージ２の支持押圧面２１と熱圧着ヘッド３の押圧面３１との間に圧着対象物を挟んだ状態で当該圧着対象物に対して加圧及び加熱を行う熱圧着装置であって、ステージ２の支持押圧面２１と、熱圧着ヘッド３の押圧面３１とが、それぞれ対応する曲面形状に形成されているものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置等の配線基板上に電気部品等の電気部品を実装する技術に関する。

従来より、例えば液晶表示装置等の配線（ガラス）基板上に電気部品等の電気部品を実装する手段として、異方導電性接着フィルムが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
この異方導電性接着フィルムを用いてＣＯＧ（Ｃｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によって電気部品の実装を行うには、電気部品の接続端子（バンプ）と配線基板の接続電極との間に異方導電性接着フィルムを介在させ、熱圧着ヘッドによって電気部品を加熱するとともに押圧することによって熱圧着を行う。

近年、ＣＯＧ実装方式によるモジュールの軽量化を達成するため、ガラス基板の厚さが薄くなっており、これに伴い、電気部品を実装して冷却した後において、配線基板より電気部品の反りが大きくなり、結果として、例えば、図５に示すように、配線基板１１２上に異方導電性接着剤１１１によって実装された電気部品１１０の組立体１０１において、実装部分全体に電気部品１１０側の反りが発生するという問題がある。

そして、このようなＩＣ実装部分の反りに起因して液晶表示装置における表示不良や接続信頼性の低下といった問題が生じている。
特開平８−７６５８号公報

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、電気部品の実装部分の反りに起因する接続不良や接続信頼性の低下を防止可能な接着剤を用いた実装技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、圧着対象物を支持押圧する支持押圧面を有する基台と、前記圧着対象物を押圧する押圧面を有する熱圧着ヘッドとを備え、前記基台の支持押圧面と前記熱圧着ヘッドの押圧面との間に前記圧着対象物を挟んだ状態で当該圧着対象物に対して加圧及び加熱を行う熱圧着装置であって、前記基台の支持押圧面と、前記熱圧着ヘッドの押圧面とが、それぞれ対応する曲面形状に形成されているものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基台の支持押圧面が凹面形状に形成されている一方、前記熱圧着ヘッドの押圧面が凸面形状に形成されているものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基台の支持押圧面が凸面形状に形成されている一方、前記熱圧着ヘッドの押圧面が凹面形状に形成されているものである。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱圧着装置を用いて電気部品を配線基板上に接着剤を用いて実装する電気部品の実装方法であって、前記配線基板と前記電気部品との間に前記接着剤を介在させた圧着対象物を、前記基台の支持押圧面と前記熱圧着ヘッドの押圧面との間に配置し、当該熱圧着ヘッドの押圧面を前記電気部品の被押圧面に対し押圧して加圧及び加熱を行うことにより、前記電気部品を前記配線基板に対して接着するとともに電気的に接続する工程を有する電気部品の実装方法である。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記接着剤として、絶縁性接着剤樹脂中に導電粒子が分散された異方導電性接着剤を用いるものである。

本発明の場合、基台の支持押圧面と、熱圧着ヘッドの押圧面とが、それぞれ対応する曲面形状に形成されていることから、熱圧着実装の際、配線基板における電気部品実装部分の反りが、基台の凸形状の支持押圧面からの反力によって相殺され、電気部品が配線基板上に平坦な状態で実装されるようになる。
その結果、本発明によれば、接着剤を用いて電気部品の実装を行う場合に、導通信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、接着剤を用いて電気部品の実装を行う場合に、導通信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の好ましい形態について図面を用いて説明する。
なお、本発明に用いる異方導電性接着剤は、絶縁性接着剤樹脂中に導電粒子が分散されているものであるが、その態様としては、ペースト状又はフィルム状のいずれにも適用することができる。また、絶縁性接着剤樹脂中に導電粒子を含まないものも適用することができる。

図１（ａ）は、本発明に係る熱圧着装置の概略構成を示す断面図、図１（ｂ）は、実装部品を介在させた同熱圧着装置の概略構成を示す断面図、図１（ｃ）は、同熱圧着装置のステージを示す斜視図である。
また、図２（ａ）（ｂ）は、本発明に用いる電気部品（例えばＩＣチップ）の構成を示す平面図で、図２（ａ）は押圧側面を示すもの、図２（ｂ）は接続側面を示すものである。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、本発明に用いる電気部品１０は、例えば長方体形状のチップ本体１３を有し、その被押圧面１０ａが長方形形状に形成されている。
電気部品１０の被押圧面１０ａと反対側の縁部（長辺及び短辺）には、接続電極として、バンプを用いた実装端子１０ｂが、所定のピッチをおいて複数列（本例では３列）設けられている。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態の熱圧着装置１は、ステージ２と熱圧着ヘッド３とから構成されている。
ステージ２は、例えばステンレス等の金属材料からなるもので、所定の位置に設置固定されている。
ここで、ステージ２の熱圧着ヘッドと対向する側の部位には、平面状に形成された上側面２ａの例えば中央部分に、凸形状の支持押圧部２０が設けられている。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施の形態の場合、支持押圧部２０の表面、即ち支持押圧面２１は、例えば長方形形状で、かつ、円弧面状に形成されている。
ここで、支持押圧面２１の大きさは、熱圧着実装に適用される電気部品（例えばＩＣチップ）１０の大きさより若干大きくなるように設定されている。
本発明の場合、支持押圧部２０の高さは、特に限定されることはないが、５〜１００μｍとすることが好ましい。

また、支持押圧面２１の形状は、例えば図１（ａ）〜（ｃ）に示す曲面形状の他、電気部品１０に対してダメージを与えない限り、任意の凸形状に形成することができる。
一方、熱圧着ヘッド３は、例えばステンレス等の金属材料からなるもので、その内部には図示しないヒーターが設けられており、ステージ２に対して上下動するように構成されている。

ここで、熱圧着ヘッド３のステージ２と対向する側には、凹形状の押圧部３０が設けられている。
この場合、熱圧着ヘッド３の押圧部３０の表面、即ち押圧面３１は、上記ステージ２の支持押圧面２１の凸形状と対応するように構成されている。

また、熱圧着ヘッド３の押圧面３１の大きさ（押圧方向についての面積）は、熱圧着実装に適用される電気部品１０の被押圧面１０ａの大きさ（面積）より若干大きくなるように設定されている。
また、押圧部３０の深さは、特に限定されることはないが、５〜１００μｍとすることが好ましい。

本発明の場合、押圧面３１の形状は、例えば図１（ａ）〜（ｃ）に示す曲面形状の他、電気部品１０に対してダメージを与えない限り、任意の凹形状に形成することができる。
なお、以上記載した条件は、配線基板１１の厚さが、０．０５〜０．４ｍｍの場合に特に有効となるものである。また、熱圧着実装に適用される電気部品１０の長さが、０．１〜０．６ｍｍの場合に特に有効となるものである。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態の熱圧着装置を用いた電気部品の実装方法の例を示す工程図である。
本実施の形態の熱圧着装置１において熱圧着を行う場合には、図３（ａ）に示すように、配線基板１１と電気部品１０との間に異方導電性接着剤１２を配置し、図２（ｂ）に示すように、熱圧着ヘッド３によって電気部品１０の被押圧面１０ａ側から加熱及び加圧を行う。

その際、配線基板１１の被押圧面１１ａがステージ２の凸形状の支持押圧面２１と密着し、支持押圧面２１からの反力によって電気部品１０（熱圧着ヘッド３）側に凸状に反った状態となる。
一方、電気部品１０は、その被押圧面１０ａが熱圧着ヘッド３の凹形状の押圧面３１と密着し、押圧面３１からの力によって熱圧着ヘッド３側に凸状に反った状態となる。
そして、この状態を数秒程度維持することによって異方導電性接着剤１２の接着剤成分を硬化させる。

その結果、例えば、配線基板１１におけるＩＣ実装部分の凹形状の反りが、ステージ２の凸形状の支持押圧面２１からの反力によって相殺され、図３（ｃ）に示すように、電気部品１０が配線基板１１上に平坦な状態で実装される。
このように、本実施の形態によれば、異方導電性接着剤１２を用いて電気部品１０の実装を行う場合に、導通信頼性を向上させることができる。

図４（ａ）（ｂ）は、本発明の他の実施の形態を示すものであり、以下、上記実施の形態と同一の部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
本実施の形態の熱圧着装置１Ａは、ステージ２Ａと熱圧着ヘッド３Ａとから構成されている。

ステージ２は、例えばステンレス等の金属材料からなるもので、その熱圧着ヘッド３Ａと対向する側の部位には、平面状に形成された上側面２ａの例えば中央部分に、凹形状の支持押圧部２０Ａが設けられている。
本実施の形態の場合、支持押圧部２０Ａの表面、即ち支持押圧面２１Ａは、例えば長方形形状で、かつ、円弧面状に形成されている。

ここで、支持押圧面２１Ａの大きさは、熱圧着実装に適用される電気部品１０の大きさより若干大きくなるように設定されている。
本発明の場合、支持押圧部２０Ａの深さは、特に限定されることはないが、５〜１００μｍとすることが好ましい。
また、支持押圧面２１Ａの形状は、例えば図４（ａ）（ｂ）に示す曲面形状の他、電気部品１０に対してダメージを与えない限り、任意の凹形状に形成することができる。

一方、本実施の形態の熱圧着ヘッド３Ａは、熱圧着ヘッド３Ａのステージ２Ａと対向する側には、凸形状の押圧部３０Ａが設けられている。
この場合、熱圧着ヘッド３Ａの押圧部３０Ａの表面、即ち押圧面３１Ａは、上記ステージ２Ａの支持押圧面２１Ａの凹形状と対応するように構成されている。

また、熱圧着ヘッド３Ａの押圧面３１Ａの大きさ（押圧方向についての面積）は、熱圧着実装に適用される電気部品１０の被押圧面１０ａの大きさ（面積）より若干大きくなるように設定されている。
また、押圧部３０Ａの高さは、特に限定されることはないが、５〜１００μｍとすることが好ましい。

本発明の場合、押圧面３１Ａの形状は、例えば図４（ａ）（ｂ）に示す曲面形状の他、電気部品１０に対してダメージを与えない限り、任意の凸形状に形成することができる。

なお、以上記載した条件は、配線基板１１の厚さが、０．０５〜０．４ｍｍの場合に特に有効となるものである。また、熱圧着実装に適用される電気部品１０の長さが、０．１〜０．６ｍｍの場合に特に有効となるものである。

このような構成を有する本実施の形態において熱圧着を行う場合には、上記実施の形態と同様、図４（ａ）に示すように、配線基板１１と電気部品１０との間に異方導電性接着剤１２を配置し、図４（ｂ）に示すように、熱圧着ヘッド３Ａによって電気部品１０の被押圧面１０ａ側から加熱及び加圧を行う。
その際、配線基板１１の被押圧面１１ａがステージ２Ａの凹形状の支持押圧面２１Ａと密着し、支持押圧面２１Ａからの反力によって電気部品１０（熱圧着ヘッド３Ａ）側に凹状に反った状態となる。

一方、電気部品１０は、その被押圧面１０ａが熱圧着ヘッド３Ａの凸形状の押圧面２１と密着し、押圧面３１からの力によって凹状に反った状態となる。
そして、この状態を数秒程度維持することによって異方導電性接着剤１２の接着剤成分を硬化させる。

その結果、例えば、配線基板１１におけるＩＣ実装部分の凸形状の反りが、ステージ２Ａの凸形状の支持押圧面２１Ａからの反力によって相殺され、上述したように、平坦な状態で配線基板１１上に電気部品１０が実装される。

このように、本実施の形態によれば、異方導電性接着剤１２を用いて電気部品１０の実装を行う場合に、導通信頼性を向上させることができる。

なお、本発明においては、種々の変更を行うことができる。
例えば、圧着対象物と、ステージ及び熱圧着ヘッドとの間に例えばフィルム状の緩衝部材を介在させることもできる。

また、ステージと熱圧着ヘッドの凹凸の組み合わせは、上記実施の形態のいずれであっても良いが、ＣＯＧ実装においては、上述したように、電気部品側に反りが発生するので、ステージの押圧部を凸形状にして熱圧着ヘッドの押圧部を凹形状にすることが好ましい。

以下、本発明の実施例を比較例とともに詳細に説明する。
［異方導電性接着フィルム１］
絶縁性接着剤樹脂としてエポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製 ＥＰ１５２）３５重量部、フェノキシ樹脂（In chem社製 ＰＫＨＨ）３５重量部、エポキシ硬化剤（旭化成社製 ＨＸ３９４１ＨＰ）３０重量部、導電粒子（積水化学社製 平均粒径３μｍ）２５重量部を、溶剤としてトルエン／酢酸エチル（混合比１：１）を用いてミキサーで溶解混合させペーストとした。

そして、剥離処理を施したＰＥＴフィルム上に、上述したペーストを塗布し、７０℃に設定した電気オーブンで８分間加熱し、乾燥膜厚が２０μｍの異方導電性接着フィルムを作成した。
この異方導電性接着フィルムの硬化後におけるガラス転移温度（Ｔｇ）は、１７０℃であった。

［異方導電性接着フィルム２］
絶縁性接着剤樹脂としてエポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製 ＥＰ８２８）３５重量部、フェノキシ樹脂（In chem社製 ＰＫＨＨ）３５重量部、エポキシ硬化剤（旭化成社製 ＨＸ３９４１ＨＰ）３０重量部、導電粒子（積水化学社製 平均粒径３μｍ）２５重量部を、溶剤としてトルエン／酢酸エチル（混合比１：１）を用いてミキサーで溶解混合させペーストとした。

そして、剥離処理を施したＰＥＴフィルム上に、上述したペーストを塗布し、７０℃に設定した電気オーブンで８分間加熱し、乾燥膜厚が２０μｍの異方導電性接着フィルムを作成した。
この異方導電性接着フィルムの硬化後におけるガラス転移温度（Ｔｇ）は、１２０℃であった。

＜実施例１＞
図２（ａ）（ｂ）に示す実装端子を有する電気部品と、これに対応するように厚さ０．２ｍｍの透明ガラス板上にＡｌ接続電極を形成した配線基板（導通抵抗を測定可能なＴＥＧ）を用いた。
そして、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、凸形状の支持押圧部を有するステージと、凸形状の押圧部を有する熱圧着ヘッドを用い、上記異方導電性接着フィルム１（Ｔｇ＝１７０℃）によって熱圧着を行った。

＜比較例１＞
実施例１と同一の電気部品と配線基板を用いた。
そして、フラット形状の支持押圧部を有するステージと、フラット形状の押圧部を有する熱圧着ヘッドを用い、上記異方導電性接着フィルム１（Ｔｇ＝１７０℃）によって熱圧着を行った。

＜比較例２＞
上記異方導電性接着フィルム２（Ｔｇ＝１２０℃）を用いた以外は比較例２と同一の条件で熱圧着を行った。

［評価］
圧着条件は、温度２００℃、圧力６０ＭＰａ、時間１０秒とした。
そして、ＩＣ実装部分の反りを表面粗さ測定機（小坂研究所製 ＳＥ３５００）によって測定した。その結果を表１に示す。
一方、各実装端子間の導通抵抗を、配線基板側のＴＥＧにおいて測定した。その結果を表１に示す。
さらに、温度８５℃、相対湿度８５％の条件下で５００時間のエージングを行い、各実装端子間の導通抵抗を配線基板側のＴＥＧにおいて測定し、初期導通抵抗からの上昇（ΔＲ）を算出した。その結果を表１に示す。

この場合、ＩＣ実装部分の反りについては、３０μｍ以下となったものを○、３０μｍを超えたものを×とした。
初期導通抵抗からの温度上昇（ΔＲ）については、２０Ω以下となったものを○、２０Ωを超えたものを×とした。

［評価結果］
実施例１については、ＩＣ実装部分の反りが小さく、良好な結果が得られた。
また、エージング後において、２０Ω以下の抵抗上昇に制御されており、実装端子間における導通蒸着が長期間安定していることがわかる。

一方、フラット形状のステージ及び熱圧着ヘッドを用いた比較例１にあっては、ＩＣ実装部分の反りが実施例１の３倍程度大きくなった。
また、ガラス転移温度が１２０℃の異方導電性接着フィルムを用いた比較例２については、ＩＣ実装部分の反りは比較的小さかったが、エージング後において、抵抗上昇が１００Ωを超えたため、実用に耐えないものであった。

以上より、本発明の効果を実証することができた。

（ａ）：本発明に係る熱圧着装置の実施の形態の概略構成を示す断面図（ｂ）：実装部品を介在させた同熱圧着装置の概略構成を示す断面図（ｃ）：同熱圧着装置のステージを示す斜視図 （ａ）：本発明に用いる電気部品の構成を示す押圧側面から見た平面図（ｂ）：本発明に用いる電気部品の構成を示す接続側面から見た平面図 （ａ）〜（ｃ）：本実施の形態の熱圧着装置を用いた電気部品の実装方法の例を示す工程図 （ａ）（ｂ）：本発明に係る熱圧着装置の他の実施の形態の概略構成を示す断面図 電気部品と配線基板の実装部分全体に反りが発生した状態を示す説明図

符号の説明

１ 熱圧着装置
２ ステージ
３ 熱圧着ヘッド
９ 導電粒子
１０ 電気部品
１１ 配線基板
１２ 異方導電性接着剤
２０ 支持押圧部
２１ 支持押圧面
３０ 押圧部
３１ 押圧面

Claims (5)

1. 圧着対象物を支持押圧する支持押圧面を有する基台と、前記圧着対象物を押圧する押圧面を有する熱圧着ヘッドとを備え、前記基台の支持押圧面と前記熱圧着ヘッドの押圧面との間に前記圧着対象物を挟んだ状態で当該圧着対象物に対して加圧及び加熱を行う熱圧着装置であって、
   前記基台の支持押圧面と、前記熱圧着ヘッドの押圧面とが、それぞれ対応する曲面形状に形成されている熱圧着装置。
2. 前記基台の支持押圧面が凹面形状に形成されている一方、前記熱圧着ヘッドの押圧面が凸面形状に形成されている請求項１記載の熱圧着装置。
3. 前記基台の支持押圧面が凸面形状に形成されている一方、前記熱圧着ヘッドの押圧面が凹面形状に形成されている請求項１記載の熱圧着装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の熱圧着装置を用いて電気部品を配線基板上に接着剤を用いて実装する電気部品の実装方法であって、
   前記配線基板と前記電気部品との間に前記接着剤を介在させた圧着対象物を、前記基台の支持押圧面と前記熱圧着ヘッドの押圧面との間に配置し、当該熱圧着ヘッドの押圧面を前記電気部品の被押圧面に対し押圧して加圧及び加熱を行うことにより、前記電気部品を前記配線基板に対して接着するとともに電気的に接続する工程を有する電気部品の実装方法。
5. 前記接着剤として、絶縁性接着剤樹脂中に導電粒子が分散された異方導電性接着剤を用いる請求項４記載の電気部品の実装方法。

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