JP2015109359A - 熱圧着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示パネル用基板の温度を調整することができる熱圧着装置を提供する。
【解決手段】表示パネル用基板３が載置される載置部６と、表示パネル用基板３と、表示パネル用基板３の一部と重なったＦＰＣ４と、の重なり部５を、加熱し且つ重なり方向に押圧する加熱押圧部７と、載置部６の温度を調整する温度調整部８とを備えた。加熱押圧部７は、重なり部５で表示パネル用基板３と接し、重なり部５を表示パネル用基板３側から加熱する下ヒートツール１４と、重なり部５でＦＰＣ４と接し、重なり部５をＦＰＣ４から加熱する上ヒートツール１３と、上ヒートツール１３を、下ヒートツール１４に対して離接させる昇降機構１５とを有することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱圧着対象物を熱圧着するための熱圧着装置に関するものである。

従来、基板が載置される可動テーブルと、異方性導電膜（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）などの樹脂を介して、基板の一部と重なったチップを、上方から加圧する加圧手段と、基板とチップとの重なり部を基板裏面側から加熱する加熱手段と、加熱手段による加熱後、重なり部を基板裏面側から冷却する冷却手段とを備えたボンディング装置が知られている。このボンディング装置では、チップを加圧した状態で重なり部を加熱した後、基板とチップとの熱膨張差などによる歪み・反りを防止すべく、冷却手段により、樹脂をガラス転移点以下に冷却してから、チップに対する加圧を解除している。（特許文献１参照）。

特開２００４−２５９９１７号公報

従来のボンディング装置は、基板とチップとの間に介在させた樹脂をガラス転移点以下に冷却するために、基板とチップとの重なり部を基板裏面側から冷却するものであり、基板の温度を調整するものではなかった。

本発明は、第１熱圧着対象物の温度を調整することができる熱圧着装置を提供することを課題としている。

本発明の熱圧着装置は、第１熱圧着対象物が載置される載置部と、第１熱圧着対象物と、第１熱圧着対象物の一部と重なった第２熱圧着対象物と、の重なり部を、加熱し且つ重なり方向に押圧する加熱押圧部と、載置部の温度を調整する温度調整部と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、温度調整部によって、第１熱圧着対象物が載置される載置部の温度が調整される。このため、載置部を介して、第１熱圧着対象物の温度を調整することができる。
なお、第１熱圧着対象物とは、例えば、画像表示パネルが実装される表示パネル用基板である。画像表示パネルとしては、例えば、液晶表示パネル、有機ＥＬ表示パネルなどを挙げることができる。また、第２熱圧着対象物とは、例えば、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）、半導体チップなどである。

この場合、加熱押圧部は、重なり部で第１熱圧着対象物と接し、重なり部を第１熱圧着対象物側から加熱する第１加熱部と、重なり部で第２熱圧着対象物と接し、重なり部を第２熱圧着対象物側から加熱する第２加熱部と、第２加熱部を、第１加熱部に対して離接させる離接部と、を有することが好ましい。

この構成によれば、第１熱圧着対象物と第２熱圧着対象物との重なり部を、第１熱圧着対象物側と第２熱圧着対象物側との双方から加熱するため、熱が、第１熱圧着対象物側、或いは、第２熱圧着対象物側に逃げてしまうことを抑制することができる。したがって、重なり部を適切に加熱することができる。

この場合、載置部は、第１熱圧着対象物が載置される載置面を構成するシート材、を有し、シート材は、載置された第１熱圧着対象物により弾性変形することが好ましい。

この場合、重なり方向の第２熱圧着対象側に向けて、載置部を付勢する付勢部材、をさらに備えたことが好ましい。

この構成によれば、第１熱圧着対象物が載置される載置部の載置面と、第１熱圧着対象物と接する第１加熱部の接触面と、の間に段差がある場合にも、その段差を、シート材または付勢部材により吸収することができる。このため、載置部に載置された第１熱圧着対象物が、第１加熱部の接触面に対し、浮いた状態となることを抑制することができる。したがって、第２加熱部を第１加熱部に対して接近させ、重なり部を押圧した際に、重なり部が破損することを抑制することができる。

この場合、温度調整部は、載置部を加熱および冷却可能なペルチェ素子と、ペルチェ素子に対する通電極性を切替え制御する制御部と、を有することが好ましい。

この構成によれば、制御部によりペルチェ素子への通電極性を切り替えることで、載置部が加熱される状態と、載置部が冷却される状態とが迅速に切り替わる。このため、載置部の温度調整を迅速に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る熱圧着装置の構成図である。 変形例に係る温度調整部を備えた熱圧着装置の構成図である。 シート材に代えて板バネを備えた熱圧着装置の構成図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の熱圧着装置に係る一実施形態について説明する。本実施形態の熱圧着装置は、例えば、有機ＥＬ表示装置の製造工程に用いられるものであり、より具体的には、有機ＥＬパネルが実装された表示パネル用基板に、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を実装するために、異方性導電膜（ＡＣＦ）を介して、表示パネル用基板とＦＰＣとを熱圧着するためのものである。
なお、以下では、図に示した「上」「下」「左」「右」「前」「後」を用いて説明するが、これらの方向は説明の便宜上のものであり、本発明の実施に関しては、これらの方向に限定されることはない。

図１に示すように、熱圧着装置１は、有機ＥＬパネル２が実装された表示パネル用基板３と、ＦＰＣ４とを、図示しないＡＣＦを介して熱圧着するものである。

表示パネル用基板３は、略矩形状に形成されている。表示パネル用基板３の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、１２ｍｍ×１２ｍｍである。表示パネル用基板３は、例えば、シリコン基板（Ｓｉ基板）、ガラス基板などで構成される。表示パネル用基板３の上面略中央には、周囲に余地を残して、有機ＥＬパネル２が実装されている。その余地部である表示パネル用基板３の一辺部、例えば図示の左辺部の上面には、ＦＰＣ４の導通部と接続される電気配線が形成されている。

表示パネル用基板３とＦＰＣ４とは、表示パネル用基板３の左辺部の上面に、ＡＣＦ１を介して、ＦＰＣ４の先端部が重ねられた状態で、熱圧着装置１にセットされる。すなわち、表示パネル用基板３の左辺部と、ＦＰＣ４の先端部とが、上下に重なり合った重なり部５を構成しており、この重なり部５において、表示パネル用基板３とＦＰＣ４とが熱圧着される。
なお、前工程において、重なり部５を仮圧着した後、表示パネル用基板３とＦＰＣ４とを熱圧着装置１にセットするようにしてもよい。

熱圧着装置１は、表示パネル用基板３が載置される載置部６と、上ヒートツール１３および下ヒートツール１４を有する加熱押圧部７と、載置部６の下方に設けられた温度調整部８とを備えている。

載置部６には、表示パネル用基板３が、ＦＰＣ４との重なり部５を構成する領域を除いて載置される。表示パネル用基板３のうち、重なり部５を構成する領域は、下ヒートツール１４の上面に載置される。

載置部６は、板状のテーブル部１１と、テーブル部１１の上面に設けられたシート材１２とを備えている。

テーブル部１１は、例えば、銅、アルミニウムなど、熱伝導性の高い素材で構成されることが好ましい。これにより、載置部６に載置された表示パネル用基板３に対し、温度調整部８による加熱または冷却（吸熱）を、効率良く行うことができる。

シート材１２は、表示パネル用基板３が載置される載置面６ａを構成している。シート材１２の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、０．５ｍｍ〜５ｍｍである。シート材１２は、柔軟性のある素材で構成されており、載置された表示パネル用基板３により弾性変形する。また、シート材１２は、載置される表示パネル用基板３との密着性を高めるべく、粘着性のある素材で構成されることが好ましい。さらに、シート材１２は、テーブル部１１と同様に、熱伝導性の高い素材で構成されることが好ましい。このような特性を兼ね備えたシート材１２として、例えば、シリコーンゲルシート（商品名：サーコン、富士高分子工業株式会社製）を好適に用いることができる。

加熱押圧部７は、上下に対向した上ヒートツール１３および下ヒートツール１４と、上ヒートツール１３を昇降させる昇降機構１５とを備えている。
なお、上ヒートツール１３は、特許請求の範囲における「第２加熱部」の一例である。下ヒートツール１４は、特許請求の範囲における「第１加熱部」の一例である。昇降機構１５は、特許請求の範囲における「離接部」の一例である。

上ヒートツール１３は、重なり部５でＦＰＣ４と接し、重なり部５をＦＰＣ４側から加熱する。下ヒートツール１４は、重なり部５で表示パネル用基板３と接し、重なり部５を表示パネル用基板３側から加熱する。下ヒートツール１４の上面が、重なり部５で表示パネル用基板３と接する接触面１４ａとなっている。

昇降機構１５は、例えばシリンダーで構成されている。昇降機構１５により、上ヒートツール１３を下降させることで、上ヒートツール１３が下ヒートツール１４に対して接近し、上ヒートツール１３および下ヒートツール１４によって重なり部５が、重なり方向、すなわち上下方向に押圧される。また、昇降機構１５により、上ヒートツール１３を上昇させることで、上ヒートツール１３が下ヒートツール１４に対して離間し、上ヒートツール１３および下ヒートツール１４による重なり部５の押圧が解除される。

加熱押圧部７は、上ヒートツール１３および下ヒートツール１４により重なり部５を押圧した状態で、上ヒートツール１３および下ヒートツール１４がそれぞれ発熱し、ＦＰＣ４側と表示パネル用基板３側との双方から重なり部５を加熱する。これにより、ＡＣＦを構成する熱硬化性樹脂が硬化し、表示パネル用基板３とＦＰＣ４とが接合される。上ヒートツール１３および下ヒートツール１４により、ＦＰＣ４側と表示パネル用基板３側との双方から重なり部５を加熱するため、熱が、ＦＰＣ４側、或いは、表示パネル用基板３側に逃げてしまうことを抑制することができる。したがって、重なり部５を適切に加熱することができる。もっとも、上ヒートツール１３のみ、或いは、下ヒートツール１４のみにより、重なり部５を加熱する態様であってもよい。

なお、上ヒートツール１３および下ヒートツール１４による加熱方法としては、特に限定されるものではないが、パルスヒート方式、コンスタントヒート方式などを用いることができる。パルスヒート方式を採用した場合には、ＡＣＦの硬化温度より低い温度の上ヒートツール１３および下ヒートツール１４により重なり部５を押圧した後、一時的に重なり部５を加熱することになる。一方、コンスタントヒート方式を採用した場合には、すでにＡＣＦの硬化温度以上に発熱した上ヒートツール１３および下ヒートツール１４により、重なり部５を押圧することになる。

温度調整部８は、載置部６の下面と接するペルチェ素子１６と、ペルチェ素子１６の下面と接したヒートシンク１７と、載置部６の温度を検出する温度センサー１８と、検出温度に基づいて、ペルチェ素子１６に対する通電極性を制御する制御回路１９とを備えている。
なお、制御回路１９は、特許請求の範囲における「制御部」の一例である。

ペルチェ素子１６の上面は、載置部６の下面と接し、ペルチェ素子１６の下面は、ヒートシンク１７と接している。ペルチェ素子１６は、制御回路１９により通電極性を切り替えることで、上面が発熱側となり下面が吸熱側となる状態と、上面が吸熱側となり下面が発熱側となる状態とが、切り替わる。ペルチェ素子１６の上面が発熱側となった状態では、載置部６を介して表示パネル用基板３が加熱される。また、ペルチェ素子１６の上面が吸熱側となった状態では、載置部６を介して表示パネル用基板３が冷却される。

ヒートシンク１７は、ペルチェ素子１６に発生する熱を放熱するためのものである。ヒートシンク１７は、空冷式のものであってもよく、水冷式のものであってもよい。なお、ヒートシンク１７に代えて、他の放熱手段を用いてもよい。

温度センサー１８としては、例えば熱電対を用いることができる。温度センサー１８は、載置部６の温度を検出し、検出した温度、すなわち載置部６の温度に相当する電圧値または電流値を、制御回路１９に出力する。なお、温度センサー１８は、例えば、表示パネル用基板３の温度を検出してもよく、有機ＥＬパネル２の温度を検出してもよい。

制御回路１９は、所定の温度を予め記憶しており、温度センサー１８により検出された温度に基づいて、載置部６が所定の温度となるように、ペルチェ素子１６への通電極性、すなわち、ペルチェ素子１６に供給する電圧極性または電流極性、を切り替える。なお、制御回路１９は、ペルチェ素子１６への通電極性の制御に加え、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御などにより、ペルチェ素子１６に供給する電圧、電流を制御してもよい。

ここで、載置部６の目標温度となる所定の温度とは、有機ＥＬパネル２に損傷を与えることがなく、且つ、表示パネル用基板３とＦＰＣ４との熱圧着の信頼性を確保できる温度とすることが好ましく、例えば、３０〜４０℃である。

上ヒートツール１３および下ヒートツール１４により、重なり部５が加熱されると、その熱が、表示パネル用基板３を介して有機ＥＬパネル２に伝わり、有機ＥＬ材料が熱によって劣化するおそれがある。特に、表示パネル用基板３が、熱伝導率の高いシリコン基板で構成され、また、表示パネル用基板３のサイズが比較的小さい（１２ｍｍ×１２ｍｍ程度）場合に、この問題が顕著となる。そこで、上ヒートツール１３および下ヒートツール１４により重なり部５が加熱される際に、載置部６に載置された表示パネル用基板３を冷却することが考えられるが、あまり冷却しすぎると、重なり部５の熱も逃げてしまい、表示パネル用基板３とＦＰＣ４とを適切に熱圧着することができないおそれがある。

これに対し、本実施形態の熱圧着装置１によれば、温度調整部８によって、表示パネル用基板３が載置される載置部６の温度が、所定の温度に調整される。このため、載置部６を介して、表示パネル用基板３の温度を、所定の温度に調整することができる。したがって、重なり部５に対する加熱による有機ＥＬパネル２の損傷を抑制することができ、また、表示パネル用基板３とＦＰＣ４との熱圧着の信頼性を確保することができる。

なお、加熱押圧部７により、所定時間、重なり部５を加熱した後は、温度調整部８により、載置部６を冷却するようにしてもよい。これにより、重なり部５に設けられたＡＣＦの温度を早く下げることができるため、熱圧着工程のサイクルタイムを向上させることができる。

また、温度調整部８において、制御回路１９によりペルチェ素子１６への通電特性を切り替えることで、載置部６が加熱される状態と、載置部６が冷却される状態とが迅速に切り替わる。このため、載置部６の温度調整を迅速に行うことができる。もっとも、温度調整部８の態様は、ペルチェ素子１６を用いたものに限定されるものではない。図２に、一変形例に係る温度調整部８を備えた熱圧着装置１を示す。

図２に示すように、変形例に係る温度調整部８は、ペルチェ素子１６に代えて、載置部６のテーブル部１１に内蔵されたヒーター２１を備えている。制御回路１９は、温度センサー１８による載置部６の検出温度に基づいて、ヒーター２１に対する通電のＯＮ／ＯＦＦを切替え制御する。ヒーター２１がＯＮとなった状態では、ヒーター２１の発熱により、載置部６を介して表示パネル用基板３が加熱される。また、ヒーター２１がＯＦＦとなった状態では、ヒートシンク１７の放熱により、載置部６を介して表示パネル用基板３が冷却される。このように、変形例に係る温度調整部８によっても、載置部６の温度を、所定の温度に調整することができる。

また、本実施形態の熱圧着装置１によれば、載置部６において、載置面６ａを構成するシート材１２が、載置された表示パネル用基板３により弾性変形することで、表示パネル用基板３が載置される載置部６の載置面６ａと、表示パネル用基板３と接する下ヒートツール１４の接触面１４ａと、の間に段差がある場合にも、その段差を、シート材１２により吸収することができる。このため、載置部６に載置された表示パネル用基板３が、下ヒートツール１４の接触面１４ａに対し、浮いた状態となることを抑制することができる。したがって、上ヒートツール１３を下ヒートツール１４に対して接近させ、重なり部５を押圧した際に、重なり部５が破損することを抑制することができる。

図３に示すように、載置部６にシート材１２を設ける代わりに、ヒートシンク１７の下方に設けた板バネ２２により、ヒートシンク１７を介して載置部６を上方に付勢する態様であってもよい。この板バネ２２を備えた態様によっても、表示パネル用基板３が載置される載置部６の載置面６ａと、表示パネル用基板３と接する下ヒートツール１４の接触面１４ａと、の間に段差がある場合にも、その段差を吸収することができる。なお、載置部６を上方、すなわち、重なり部５の重なり方向のＦＰＣ４側に向けて、付勢するものであれば、板バネ２２に限定されるものではなく、コイルバネ、弾性ゴム材など、他の付勢部材を用いることができる。また、その設置場所も、特に限定されるものではない。また、シート材１２および板バネ２２の双方を備えた構成であってもよい。

本実施形態では、載置部６に載置される第１熱圧着対象物として、表示パネル用基板３を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、種々の配線基板を用いることができる。また、第２熱圧着対象物として、ＦＰＣ４を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、ベアチップの半導体チップといった種々の電気部品などを用いることができる。さらに、ＡＣＦに代えて、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）、非導電性膜（ＮＣＦ：Non Conductive Film）など、他の熱硬化性接着剤を用いてもよい。上ヒートツール１３および下ヒートツール１４による加熱温度は、熱硬化性接着剤の種類に応じて適宜変更されるが、例えば、１００〜３５０℃である。

１：熱圧着装置、２：有機ＥＬパネル、３：表示パネル用基板、４：ＦＰＣ、５：重なり部、６：載置部、７：加熱押圧部、８：温度調整部

Claims (5)

1. 第１熱圧着対象物が載置される載置部と、
   前記第１熱圧着対象物と、前記第１熱圧着対象物の一部と重なった第２熱圧着対象物と、の重なり部を、加熱し且つ重なり方向に押圧する加熱押圧部と、
   前記載置部の温度を調整する温度調整部と、
   を備えたことを特徴とする熱圧着装置。
2. 前記加熱押圧部は、
   前記重なり部で前記第１熱圧着対象物と接し、前記重なり部を前記第１熱圧着対象物側から加熱する第１加熱部と、
   前記重なり部で前記第２熱圧着対象物と接し、前記重なり部を前記第２熱圧着対象物側から加熱する第２加熱部と、
   前記第２加熱部を、前記第１加熱部に対して離接させる離接部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の熱圧着装置。
3. 前記載置部は、前記第１熱圧着対象物が載置される載置面を構成するシート材、を有し、
   前記シート材は、載置された前記第１熱圧着対象物により弾性変形することを特徴とする請求項２に記載の熱圧着装置。
4. 前記重なり方向の前記第２熱圧着対象物側に向けて、前記載置部を付勢する付勢部材、をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の熱圧着装置。
5. 前記温度調整部は、
   前記載置部を加熱および冷却可能なペルチェ素子と、
   前記ペルチェ素子に対する通電極性を切替え制御する制御部と、
   を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の熱圧着装置。

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