JP2011040297A - 基板と基板を接続する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異方性導電フィルムを使用した基板の接続、特にアクリル樹脂を基材とした異方性導電フィルムを使用したガラスエポキシ基板の接続を改善する。
【解決手段】少なくとも一方の基板を洗浄する洗浄ステップと、洗浄された基板に異方性導電性フィルムを配置する異方性導電性フィルム配置ステップと、洗浄された基板の上に配置された異方性導電性フィルムの上に他方の基板を配置して加熱圧着する加熱圧着ステップと、をおこなうが、洗浄ステップでは、少なくとも一方の基板の異方性導電性フィルムが配置される予定の部分について、先ず有機溶媒拭き洗浄を実施し、次いでプラズマ洗浄を実施する。その結果、有機溶媒拭き洗浄で付着した不純物がプラズマで焼失し、信頼性のある接続を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は異方性導電フィルムを用いて基板と基板を接続する、詳細には基板の回路の端子どうしを電気的な導通可能に接続する、方法および装置に関する。

一方の基板に設けられた端子を他の基板に設けられた端子と電気的に接続するために異方性導電フィルムが広く使用されている。例えば液晶などの表示体が取り付けられている基板の端子にこの表示体を駆動するための回路が形成されたフィルム状のＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）の形態のプリント基板の端子を電気的に接続をするために異方性導電フィルムが使用される。この異方性導電フィルムを使用して接続をおこなうためには、接続すべき基板と基板の間に異方性導電フィルムを介装してそれを加熱圧縮する。

異方性導電フィルムとして、従来、エポキシ樹脂を基材として用いた異方性導電フィルムが使われてきている。ところが、このエポキシ樹脂を基材として用いた異方性導電フィルムは所望の接続を得るために高い圧着温度が必要であり、そのために異方性導電フィルムが高温となるまでの時間も長くなる。そのために、作業時間の短縮が妨げられ、エネルギーの消費も大きい。さらに、加熱圧着部の近傍において、基板の表面にコーティングされているソルダレジストを融解してしまうことがある。

そこで、上記のエポキシ樹脂を基材とした異方性導電フィルムのかわりにアクリル樹脂を基材とした異方性導電フィルムが開発された。アクリル樹脂を基材とした異方性導電フィルムはエポキシ樹脂を基材とした異方性導電フィルムよりも、低い圧着温度と短い圧着時間で接続することができ、上記のような問題点を解決できるものである。

ところが、アクリル樹脂を基材とした異方性導電フィルムを使用し、上述のように異方性導電フィルムよりも、低い圧着温度と短い圧着時間で接続をした場合には、接着性が悪く接続不良のものが発生しやすいという問題があり、広く使用されるには到っていない。
特に、接続すべき基板が、広く使われている所謂「ガラスエポキシ基板」（ガラス繊維製の布を重ねたものにエポキシ樹脂を含浸させたものを基材としたプリント基板）である場合における接着性が悪い。

本発明は上記問題に鑑み、異方性導電フィルムを使用した基板の接続を改善することを目的としている。特に、アクリル樹脂を基材とした異方性導電フィルムを使用したガラスエポキシ基板の接続を改善することを目的としている。

本願発明者は、上記の問題は、エポキシ樹脂を基材とした異方性導電フィルムを使用した場合は高い温度（約１８０℃）で加圧することにより基板と異方性導電フィルムの間に付着した異物が焼失するのに対して、アクリル樹脂を基材とした異方性導電フィルムを使用する場合はより低い温度（約１２０℃）で加圧することにより基板と異方性導電フィルムの間に付着した異物が焼失しないことに起因しており、加熱圧着前の洗浄を向上すべきであるとのるとの知見を得て、以下のように第１−４の４つの方法発明と第５−８の４つの装置発明をした。

第１の発明は、異方性導電性フィルムにより２つの基板を接続する方法であるが、少なくとも一方の基板を洗浄する洗浄ステップと、前記洗浄された基板に異方性導電性フィルムを配置する異方性導電性フィルム配置ステップと、前記洗浄された基板の上に配置された異方性導電性フィルムの上に他方の基板を配置して加熱圧着する加熱圧着ステップと、を含み、洗浄ステップは、少なくとも一方の基板の異方性導電性フィルムが配置される予定の部分について、先ず有機溶媒拭き洗浄を実施し、次いでプラズマ洗浄を実施する、ことを特徴とする。
第２の発明では、異方性導電性フィルムがアクリル樹脂を基材として形成されており、前記一方の基板の基材がガラス繊維の布を重ねたものにエポキシ樹脂を含侵させて形成されており、前記加熱は１２０℃で１０秒間おこなわれる。
第３の発明では、プラズマは、大気圧プラズマとされる。
第４の発明では、プラズマは、さらに、マイクロ波プラズマとされる。

第５の発明は、異方性導電性フィルムにより２つの基板を接続する装置であるが、少なくとも一方の基板を洗浄する洗浄装置と、前記洗浄された基板に異方性導電性フィルムを配置する異方性導電性フィルム配置装置と、前記洗浄された基板の上に配置された異方性導電性フィルムの上に他方の基板を配置して加熱圧着する加熱圧着装置と、を含み、洗浄装置は、少なくとも一方の基板の異方性導電性フィルムが配置される予定の部分について、先ず有機溶媒拭き洗浄する第１の洗浄装置と、次いでプラズマ洗浄をする第２の洗浄装置を含む、ことを特徴とする。
第６の発明では、異方性導電性フィルムがアクリル樹脂を基材として形成されており、前記一方の基板の基材がガラス繊維の布を重ねたものにエポキシ樹脂を含侵させて形成されており、加熱装置における前記加熱は１２０℃で１０秒間おこなわれる。
第７の発明では、第２の洗浄装置のプラズマが、大気圧プラズマとされる。
第８の発明では、第２の洗浄装置のプラズマが、さらにマイクロ波プラズマとされる。

基板には、特に接続しようとしている端子部には、回路形成時に付着した不純物が存在しているが、本発明によれば、まず有機溶剤拭き洗浄によって不純物が有機溶剤によって拭き取られ、その後にプラズマ洗浄がおこなわれるので有機溶剤拭き洗浄で付着した不純物が除去される。その結果、異方性導電フィルムと基板の間の接着性が向上し電気的導通の信頼性が向上する。

本発明による２つの基板の接続装置を概念的に説明する図である。 基板の洗浄装置を示す図である。 異方性導電フィルム配置装置で、洗浄が終わった第１の基板上に異方性導電フィルムを配置して常温で仮圧着する様子を示す図である。 加熱圧着装置で、第１の基板上に常温で仮圧着された異方性導電フィルムの上に第２の基板を配置して加熱圧着する様子を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら本願発明の実施形態を説明する。
この実施形態は、４層構造の液晶モジュール用プリント基板である第１の基板の端子部にＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）とされている駆動回路が形成されている第２の基板の端子部を異方性導電フィルムを使用して接続するものである。
第１の基板はガラス繊維の布を重ねたものにエポキシ樹脂を含侵させたものを基材としており表面は端子部を除いてほぼソルダーレジストでコーティングされている。
端子部はソルダーレジストから発生した有機物や回路を形成するために各種要素を取り付ける際に発生した不純物が付着している。このような不純物は、場合によっては数十μｍの厚みを有している。

図１は、上記の第１の基板と第２の基板の接続をおこなうための接続装置を概念的に示した図である。
参照符号１で示されているのが接続装置であって、接続装置１は第１の基板を洗浄するステップをおこなう洗浄装置１００と、洗浄が終わった第１の基板１０の上に異方性導電フィルム３０を配置するステップをおこなうための異方性導電フィルム配置装置２００と、さらに、その上に第２の基板を配置し、それを加熱圧着するステップをおこなう加熱圧着装置３００と、を含んでいる。

この実施形態では、洗浄装置１００と異方性導電フィルム配置装置２００とが、また、異方性導電フィルム配置装置２００と加熱圧着装置３００とが直接連結されているが、それぞれ離間させ、それらの間の移動を別の移動装置でおこなうようにしてもよいし、あるいは、手動で移動してもよい。

図２は洗浄装置１００の詳細を示す斜視図である。機台１０１の上に、レール１０２が敷設され、レール１０２の上には移動装置１０３が可動に配置されている。移動装置１０３の上に第１の基板１０を載置する基板テーブル１０４が取り付けられている。移動装置１０３はレール１０２上をＸ方向に移動するための機構を有するとともに、基板テーブル１０４をＹ方向に精密移動させる機構をも含んでいる。基板テーブル１０４は第１の基板１０を所定位置に固定する固定装置１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃを有している。

洗浄装置１００は有機溶剤による拭き洗浄をおこなう第１洗浄装置１１０とプラズマ洗浄をおこなう第２洗浄装置１２０を含んでいる。第１洗浄装置１１０はテープ駆動装置１１１を含み、テープ駆動装置１１１は拭き洗浄をおこなうテープ１１５を送給するテープ供給リール１１２とテープ巻き取りリール１１３を回転駆動する。

そして、第１洗浄装置１１０は有機溶剤貯蔵タンク１１６を含んでおり、有機溶剤貯蔵タンク１１６から電子制御式の有機溶剤供給装置１１７によりテープ１１５上に適当量だけ有機溶剤が供給されテープ１１５は湿潤にされる。湿潤にされたテープ１１５は所定のルートを通り、第１の基板１０の所定の部位を拭き洗浄してからテープ巻取りリール１１３に巻き取られる。なお、有機溶剤としては取り扱いの容易さという点でエチルアルコールが望ましい。

第１の基板１０上に参照符号１１で示されるのはテープ１１５で拭き洗浄を行うべき接続部位であり端子が設けられている。したがってこの接続部位１１がテープ１１５に対して所定の位置になければならない。そのために、固定装置１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃにより基板テーブル１０４のテープ側の端面に対し第１の基板１０の接続部位１１が所定量だけテープ側に突出しているように固定される。その上で、接続部位１１がテープ１１５による洗浄に最適な位置にあるように移動装置１０３によりＹ方向位置が精密調整される。この精密調整は接続部位１１のＸ方向の移動の先端部がテープ１１５の幅方向の端部に合うようにＸ方向の位置調整をおこなってから実施される。そして、第１の基板１０を、移動装置１０３によりＸ方向を矢印αの向きに移動せしめることによって拭き洗浄がおこなわれる。

上記のようにして、第１洗浄装置１１０によって第１の基板１０の拭き洗浄が実施され、拭き洗浄前に第１の基板１０の接続部位１１付着していた不純物は大部分除去されているが、その洗浄によって有機溶剤成分と新たな不純物が再付着している可能性が高い。
そこで、この新たな不純物をプラズマで除去するべく第１の基板１０はそのまま移動装置１０３によって第２洗浄装置へと移動される。

次に、プラズマ洗浄をおこなう第２洗浄装置１２０について説明する。
この第２洗浄装置１２０は、プラズマ発生部１２１と、プラズマ発生部１２１で発生せしめられたプラズマを拭き洗浄の終わった第１の基板１０の接続部位１１に向けて照射するプラズマ照射部１２２を有する。プラズマ発生部１２１は真空系を必要としないで大気圧でプラズマを発生するものであって、この実施形態の場合はプラズマの発生にマイクロ波を使用しているが、放電を使用するものでもよい。

プラズマ照射部１２２はプラズマ発生部で発生せしめられたプラズマを導波管１２３でノズル１２４まで導く構成となっている。そして、プラズマ照射部１２２のノズル１２４からプラズマのトーチが第１の基板１０の接続部位１１に照射される。プラズマ洗浄装置はすでに多くの種類のものが開発、使用されているので、プラズマ発生部１２１の構造等のさらなる詳細な説明は省略する。

第１洗浄装置１１０の拭き取り洗浄で拭き取り洗浄前に第１の基板１０の接続部位１１付着していた不純物は大部分除去されているが、その洗浄によって有機溶剤成分と新たな不純物が再付着しているが、上記のように第２洗浄装置１２０でプラズマを照射してプラズマ洗浄をおこなうことにより、これらの再付着した不純物は焼失する。
なお、この実施形態においては、プラズマ洗浄の時間は８秒であった。

プラズマ洗浄が終わった第１の基板１０は固定装置１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが解除されて基板テーブル１０４から離脱され、例えば、詳細図示しない適切なローダー４００によって、異方性導電フィルム配置装置２００に移送される。

異方性導電フィルム配置装置２００では、フィルム状に形成されて連続供給される異方性導電フィルム３０を第１の基板１０に対して位置決めして、切断し、仮圧着（常温圧着）をして異方性導電フィルム３０を第１の基板１０の上に配置する。
図３は非加熱のスタンパ２１０で仮圧着する様子を模式的に示す図である。２２０は第１の基板１０を下支えするための当て板である。

異方性導電フィルム２０が配置された第１の基板１０は例えばコンベアからなる移送装置５００により加熱圧着装置３００に移送される。
加熱圧着装置３００の所定の位置に異方性導電フィルム３０が配置された第１の基板１０が配置され、その上に、ＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）の形態の第２の基板２０が所定量繰り出されてその端子部が第１の基板１０の接続部位１１に合うように位置決めされる。
そして、加熱ヘッド３１０によって加熱圧着がおこなわれる。本実施形態では、温度は１２０℃、時間は１０秒が、最適であった。
図４は加熱スタンパ３１０で加熱圧着する様子を模式的に示す図である。３２０は第１の基板１０を下支えするための当て板である。

このようにして接続した２つの基板の接続部の信頼性を評価するため、−２０℃×３０分と８５℃×３０分の温度サイクルを１００サイクル繰り返す温度サイクル試験を実施し電機導通性を検査した。その結果、本発明のような２つの洗浄をおこなわない場合は、初期から接着不良で使用に耐えなかったが、本発明のものは上記１００サイクル後の接合部の抵抗値変化が初期値と変わりなく、本発明は実用に十分耐えることが明らかになった。

すなわち、本発明のように有機溶剤を含む拭き洗浄とプラズマによるプラズマ洗浄をおこなうことによってアクリルを基材とした異方性導電フィルムを使用して、エポキシを基材とした異方性導電フィルムの場合の温度（１８０℃）に比べて低い温度（１２０℃）での加熱圧着しても、十分に使用に耐える接続が行えるということが実証された。その結果、省エネルギー、また、作業時間の短縮（加熱時間が短くなる）によるコストダウンを実現できた。

本発明は、２つの基板を異方性導電フィルムで接続するのに適用できる。特には、ガラスエポキシ基板にさせたものにアクリル樹脂を基材とする異方性導電フィルムを使用して他の基板を接続する場合に適している。

１ 接続装置
１０ 第１の基板
２０ 第２の基板
３０ 異方性導電フィルム
１００ 洗浄装置
１０１ 機台
１０３ 移動装置
１０４ 基板テーブル
１１０ 第１洗浄装置
１１１ テープ駆動装置
１１５ テープ
１１６ 有機溶剤貯蔵タンク
１２０ 第２洗浄装置
１２１ プラズマ発生部
１２２ プラズマ照射部
２００ 異方性導電フィルム配置装置
２１０ スタンパ（常温）
３００ 加熱圧着装置
３１０ スタンパ（加熱）
４００ ローダ
５００ コンベア

Claims (8)

1. 異方性導電性フィルムにより２つの基板を接続する方法であって、
   少なくとも一方の基板を洗浄する洗浄ステップと、
   前記洗浄された基板に異方性導電性フィルムを配置する異方性導電性フィルム配置ステップと、
   前記洗浄された基板の上に配置された異方性導電性フィルムの上に他方の基板を配置して加熱圧着する加熱圧着ステップと、を含み、
   洗浄ステップは、少なくとも一方の基板の異方性導電性フィルムが配置される予定の部分について、先ず有機溶媒拭き洗浄を実施し、次いでプラズマ洗浄を実施する、
   ことを特徴とする方法。
2. 異方性導電性フィルムがアクリル樹脂を基材として形成されており、
   前記少なくとも一方の基板の基材がガラス繊維の布を重ねたものにエポキシ樹脂を含侵させて形成されており、
   加熱圧着ステップは１２０℃で１０秒間おこなわれる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. プラズマ洗浄のプラズマが、大気圧プラズマである、または、大気圧プラズマかつマイクロ波プラズマである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. プラズマ洗浄のプラズマが、さらに、マイクロ波プラズマである、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 異方性導電性フィルムにより２つの基板を接続する装置であって、
   少なくとも一方の基板を洗浄する洗浄装置と、
   前記洗浄された基板に異方性導電性フィルムを配置する異方性導電性フィルム配置装置と、
   前記洗浄された基板の上に配置された異方性導電性フィルムの上に他方の基板を配置して加熱圧着する加熱圧着装置と、を含み、
   洗浄装置は、少なくとも一方の基板の異方性導電性フィルムが配置される予定の部分について、先ず有機溶媒拭き洗浄する第１の洗浄装置と、次いでプラズマ洗浄をする第２の洗浄装置を含む、
   ことを特徴とする装置。
6. 異方性導電性フィルムがアクリル樹脂を基材として形成されており、
   前記一方の基板の基材がガラス繊維の布を重ねたものにエポキシ樹脂を含侵させて形成されており、
   加熱圧着装置における前記加熱は１２０℃で１０秒間おこなわれる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 第２の洗浄装置のプラズマが、大気圧プラズマである、ことを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
8. 第２の洗浄装置はプラズマが、さらに、マイクロ波プラズマである、ことを特徴とする請求項７に記載の装置。

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