JP3062326U

JP3062326U - 熱圧着装置

Info

Publication number: JP3062326U
Application number: JP1999001689U
Authority: JP
Inventors: 啓治小西; 和雄松下
Original assignee: ムネカタ株式会社
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 1999-10-08
Anticipated expiration: 2005-03-19

Abstract

(57)【要約】【技術課題】従来の熱圧着装置では、ヒータにより発
生した熱溶着を金属等で作られた熱伝導部を介して間接
的に加熱加圧体を加熱する構造になっていたため、熱伝
導部の熱容量が大きく急速に加熱冷却することが困難で
あった点を解消する。【解決手段】本考案の熱圧着装置に装備したヒータツ
ール１はヒータ部と熱伝導部を一体化し、熱容量の小さ
い抵抗発熱体１０を用いるようにして、急速な加熱と冷
却を可能する。また、ヒータ部に冷却用流体６０の噴出
孔を設け、さらにヒータツール１の外部に放出できるよ
う通気孔２０を設けて冷却を速やかに行うことができる
ようにする。この結果、熱圧着時間の短縮を図ることが
出来る。また、抵抗発熱体１０に印加する電圧を複数回
変えることにより溶融温度を維持し、安定した圧着効果
を得ることができるようにする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、フレキシブル印刷基板（以下「ＦＰＣ」（Flexible Printed Cir cuit）と称する）の電極端子と硬質基板の電極端子とをヒータツールを用いて異方導電性接着剤により接続する熱圧着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ＦＰＣは曲がりやすく、さらに、薄いため軽量である。その特徴を生かしてＯＡ機器や家電機器関係の機内の狭い場所にも利用でき、軽薄短小を必要とする現在必要な電子部品である。その実装方法の１つとして、特開平５−１００２３８号公報に提示されている異方導電性接着剤を用いる実装方法がある。それは、液晶パネルとＦＰＣとを接着する時、前記基板間に異方導電性接着剤を介し、熱圧着装置のヒータツールで加熱加圧しながら接続する方法である。

【０００３】代表的な異方導電性接着剤としては、ベースとなる接着剤の本体に熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を用い、導電性を持たせるために金属粉として半田粒子を混入させている。異方導電性接着剤は一定の方向にのみ導電性をもつので、接続端子間の狭いピッチを接続する場合でも異端子間とのショートが発生せず大変有効な接着剤である。

【０００４】従来の熱圧着装置と熱圧着方法を図４及び図５を用いて説明する。図４は、従来の熱圧着装置に用いたヒータツール１０１の斜視図であり、図５は、熱圧着を行っている断面図である。熱圧着装置に設けられた、上下方向に伸縮するシリンダのシャフトに取り付けるヒータツール１０１の構造は、次の様に構成されている。１０２は真鍮やステンレスなどの金属からなる熱伝導部である。熱伝導部１０２には電熱体１０３を埋め込んだヒータケース１０４を嵌入し、底部の一部には長方体である加熱加圧体１０５が突設一体として形成されてる。なお、加熱加圧体１０５は熱伝導部１０２と別部材にし、交換可能とする構造もある。

【０００５】ヒータケース１０４の構造は、電熱体１０３をヒータケース１０４に内設し、電気的絶縁のため電熱体１０３とヒータケース１０４との間に酸化マグネシュウムからなる絶縁材１０６を埋設している。ヒータケース１０４の端面には、電熱体１０３と温調機を接続する電線１０７が接続されており、常に温調機によって制御された発熱を行っている。

【０００６】熱圧着装置による熱圧着方法は、硬質基板１０８の端子部に異方導電性接着剤１０９を張り付け、その後、接続すべきＦＰＣ１１０の端子部と接続する様に位置合わせしながらＦＰＣ１１０をのせる。次にヒータツール１０１をＦＰＣ１１０の裏面へ押し当て加圧しながら電熱体１０３の熱を熱伝導部１０２を通して加熱加圧体１０５に伝えることにより異方導電性接着剤１０９が溶融して硬質基板１０８とＦＰＣ１１０との間に浸透する。

【０００７】充分に溶融浸透したところで加熱加圧体１０５の周囲に配置した冷却用ノズル（図示せず）から圧縮空気を加熱加圧体１０５に吹きかける。その結果、加熱供給されるエネルギーを上回る冷却を行うことにより加熱加圧体１０５が冷却され、異方導電性接着剤１０９も温度が低下して硬化し、端子部の接続および各基板の接着が完了する。次に、冷却用の圧縮空気の吹き出しを止めると共に、シリンダにてＦＰＣ１１０からヒータツール１０１を離脱させ熱圧着作業が完了する。加熱加圧体１０５は冷却用の圧縮空気が止まることにより、電熱体１０３の熱で加熱されている熱伝導部１０２の熱が再度加熱加圧体に伝わり、温度が上昇して次の熱圧着作業にそなえる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

以上の様な熱圧着装置であるが、ヒータツール１０１により発生した熱を金属製で作られた熱伝導部１０２を介して間接的に加熱加圧体１０５を加熱する構造のため、熱伝導部１０２の熱容量が大きく次の様な問題があった。１．加熱加圧体１０５を間接的に加熱するため発熱体１０３は多くの発熱量を必要とする。２．異方導電性接着剤１０９を溶融した後、圧縮空気を吹きかけて加熱加圧体を冷却させるが、次の熱圧着作業の時、熱伝導部１０２介して再加熱するめ適正温度になるまで多くの時間を必要とする。したがって、従来の熱圧着装置は、多くの電力と熱圧着作業時間を必要としていた。

【０００９】そこで、本考案の目的は、急速加熱及び急速冷却を可能としたヒータツールを用いた熱圧着装置を提供し、熱圧着作業時間の短縮が図れることを可能にすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、請求項１記載の考案においては、フレキシブル印刷基板の電極端子と、他の硬質基板の電極端子とをヒータツールを用いて異方導電性接着剤により接続する熱圧着装置において、断面がＵ字形に形成された抵抗発熱体、前記抵抗発熱体の対抗する面に各々電気的に接続された電線、さらに、前記抵抗発熱体の内側へ冷却用流体を吹き付けるための冷却用パイプ、からなるヒータツールを用いることを特徴とするものである。

【００１１】更に、請求項２に記載の考案においては、抵抗発熱体に印加する電圧を複数回変化させて発熱温度を制御することを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】

本考案の熱圧着装置に用いるヒータツールは、直接、加熱加圧体である熱容量の低い抵抗発熱体を発熱出来るため急速に異方導電性接着剤が溶融する温度に昇温でき、また、抵抗発熱体を冷却する冷却用パイプを内部に備えているため急速に降温（冷却）する事が可能である。さらに、抵抗発熱体に印加する電圧を変化制御することにより、異方導電性接着剤が溶融する適切な温度を維持できるようにした。

【００１３】

【実施例】

考案の実施例を各図を用いて詳細に説明する。図１、図２は本考案の熱圧着装置の中心をなす瞬間加熱、瞬間冷却を可能にしたヒータツールの概略図である。図１は、ヒータツールの抵抗発熱体１０に組み込まれる各部材の分解斜視図、図２は、完成したヒータツール１の断面図である。

【００１４】本考案に用いるヒータツール１の抵抗発熱体１０の材料は、ステンレス（ＳＵＳ）、ダイス鋼（ＳＫＤ）などが代表的である。形状は、その断面形状がＵ字形の長方形であり、大きさは約Ｗ＝１８mm、Ｄ＝１２mm、H=１２mm、厚さＴ＝１mm である。大きさは、硬質基板３０の端子部に張り付けた異方導電性接着剤４０の大きさよりやや大きい寸法が良いが、それに制限されるわけではない。さらに、抵抗発熱体１０の短辺側の側面１１には、各々電線１２を溶接等により電気的に接続されている。

【００１５】１４は冷却用パイプ１３と抵抗発熱体１０の位置関係を保持するスペーサである。本実施例ではセラミックを用いたが、耐熱性、加工性、絶縁性など満足するものであれば他の材料でもよい。スペーサ１４は、２段になっており、下段１５は抵抗発熱体１０に嵌入出来るように抵抗発熱体１０の内径と同一とし、高さは抵抗発熱体１０の約半分とすることにより、組み込まれた時、スペーサ１４の底面と抵抗発熱体１０の間に空間が形成されるように位置決めされている。上段１６は抵抗発熱体１０の外径とほぼ同一にすることで生じた下段１５との段差部１７により、スペーサ１４が抵抗発熱体１０の上端部に係止できる構造となるが、組立に支障がなければ２段にする必要はない。

【００１６】スペーサ１４の軸方向の中心位置には、スペーサ１４の天面から底面に貫通する挿入穴１８が形成され、真鍮からなる冷却用パイプ１３を挿入穴１８に嵌入して固定させた。

【００１７】次に、図２に基づいて説明する。前記の様に組み合わされた抵抗発熱体１０の一部、スペーサ１４、冷却用パイプ１３及び電線１２の一部を包み込むように、さらに、抵抗発熱体１０のＵ字形である開口部１９は、冷却用パイプ１３より抵抗発熱体１０内に吹き込まれた冷却用流体６０を外部に逃がすための通気孔２０が形成されるように、耐熱性の合成樹脂を用いてカバー２１を形成する。この様にしてヒータツール１は完成した。つまり、冷却用流体６０を、冷却用パイプ１３から抵抗発熱体１０の内面に吹き付けられた後、抵抗発熱体１０とカバー２１とで形成された通気孔２０を通って外部に逃げることを可能にした。

【００１８】次に熱圧着する方法について説明する。図３は本考案の熱圧着装置を用いて熱圧着している様子の要部断面図である。ヒータツール１はシリンダにより上下方向に摺動するシャフト（図示せず）に取りつけられている。また、各電線１２は電源回路（図示せず）に接続されている。

【００１９】まず、硬質基板３０の端子部に異方導電性接着剤４０を張り付け、その後、接続すべきＦＰＣ５０の端子部と接続する様に位置合わせをしてＦＰＣ５０をのせる。次にヒータツール１をシリンダの働きによりシャフトを降下させＦＰＣ５０の裏面へ当接させる。このときのプレス圧力は４０ｋｇｆ／ｃｍ²である。

【００２０】次に、１次加熱（加熱時間）として、電線１２を介して通電すると抵抗発熱体１０はジュール熱により２秒後には約１６０℃になった。その後、２次加熱（溶融時間）として電圧を６０％降下させると、図６に示す様に、温度傾斜はなだらかになり１６０〜１７５℃の温度を３秒間持続させた。

【００２１】印加電圧を変化させる装置としては、トランスやスライダック等の変圧器を用いて電圧を変化させ、その電気回路をスイッチ又はリレーで切り替える構成が一般的であるが、電圧を可変できる機能を用いれば他の方法でも良い。印加時間を制御する装置としては、０．０１秒単位で制御できるものであれば何でも良く、例えばタイマーの組合せ、マイコン、シーケンサなど代表例である。

【００２２】硬質基板３０に貼られた異方導電性接着剤４０は、抵抗発熱体１０の持続的溶融温度により十分に溶融し、各基板の端子間だけでなく基板間の隙間に浸透する。２次加熱である溶融時間経過後、電圧の印加を止めると同時に、冷却用パイプ１３から冷却用流体６０として本実施例では圧縮空気を抵抗発熱体１０に吹き付けると、抵抗発熱体１０は急激に温度が降下すると共に、暖かくなった冷却用流体６０は、通気孔２０から外部に排出されるので効率の良い冷却が得られる。その結果、抵抗発熱体１０は５秒後には常温にもどり、異方導電性接着剤４０は冷却されて硬化し、端子部の接続および各基板面の接着が完了する。

【００２３】その後、ヒータツール１０をシリンダで上昇させることにより、熱圧着されたＦＰＣ５０と硬質基板３０を取り出して熱圧着作業は完了した。本考案の熱圧着装置を使用した溶着工程時間は１０秒である。なお、抵抗発熱体１０の温度変化の様子を図６にグラフとして提示する。

【００２４】本実施例では抵抗発熱体１０に印加する電圧を１回降下したが、複数回行うことにより安定した温度を得られる場合がある。また、抵抗発熱体１０が大きい場合は、電線１２を複数本並列に接続して発熱温度の均一化を図ることも可能である。さらに、ＦＰＣ５０と抵抗発熱体１０の接触を均一にするため、弾力のあるシート例えばシリコン製のシート等間に挟んで行うとより効果がある。

【００２５】

【比較例】

図４に示す従来のヒータツール１０１を用いる熱圧着を行った。ＦＰＣ及び硬質基板は実施例と同じである。既に温調機により制御されて加熱されたヒータツール１０１をＦＰＣ１１０に押し当てると熱伝導部１０２を介して加熱加圧体１０５が加熱され、異方導電性接着剤１０９が十分に溶融して浸透するまでの時間が６秒、その後、加熱加圧体１０５の周囲に配置した冷却用ノズル（図示せず）から冷却流体として実施例と同じように圧縮空気を加熱加圧体１０５に吹きかけ、加熱エネルギーを上回ることにより冷却させる。この様に、加熱加圧体１０５が冷却されて異方導電性接着剤１０９が硬化して端子部が接続されるのに必要な時間は１０秒であった。さらに、圧縮空気の噴射を止め加熱加圧部１０５が次の熱圧着作業を行う為の必要な溶融温度に達する時間は１５秒を必要とした。よって、従来のヒータツール１０１を使用した溶着工程時間は２１秒であった。実施例と比較すると１１秒多く熱圧着作業時間を必要とした。

【００２６】

【考案の効果】

以上の様に、本考案のヒータユニットを用いた熱圧着装置を用いて、フレキシブル印刷基板の電極端子と、他の硬質基板の電極端子とを異方導電性接着剤により接続する場合、次の様な効果を得られる。ａ．従来の熱圧着装置では、ヒータにより発生した熱で金属等により作られた熱伝導部を介して間接的に加熱加圧体を加熱する構造であるから、熱伝導部の熱容量が大きく急速に加熱冷却が困難で圧着時間を短縮することができなかった。本考案の熱圧着装置に装備したヒータツールはヒータ部と熱伝導部を一体化した抵抗発熱体を用いたため熱容量が低く、そのため急速な加熱と冷却を可能にし、あわせてヒータ部に冷却用流体の噴出孔を設け、さらに、外部に放出できるよう通気孔を設けたので、冷却を速やかに行え熱圧着時間の短縮が可能となる。 b．抵抗発熱体に印加する電圧を溶融温度に達した後、電圧を変化させることにより異方導電性接着剤の溶融温度を維持できる機能を有しているため安定した圧着効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例であるヒータツールの抵抗発熱体に組み
込まれる各部材の分解斜視図。

【図２】実施例であるヒータツールの完成断面図。

【図３】本考案のヒータツールを用いて熱圧着をしてい
る要部断面図。

【図４】従来の熱圧着装置に用いたヒータツールの斜視
図。

【図５】従来のヒータツールを用いて熱圧着をしている
断面図。

【図６】実施例における抵抗発熱体の温度変化を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１ヒータツール１０抵抗発熱体１２電線１３冷却用パイプ２０通気孔３０硬質基板４０異方導電性接着剤５０ＦＰＣ６０冷却用流体

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】フレキシブル印刷基板の電極端子と、他
の硬質基板の電極端子とをヒータツールを用いて異方導
電性接着剤により接続する熱圧着装置において、断面が
Ｕ字形に形成された抵抗発熱体、前記抵抗発熱体の対抗
する面に各々電気的に接続された電線、さらに、前記抵
抗発熱体の内側へ冷却用流体を吹き付けるための冷却用
パイプ、からなるヒータツールを用いることを特徴とす
る熱圧着装置。
【請求項２】抵抗発熱体に印加する電圧を、複数回変
化させて発熱温度を制御することを特徴とする請求項１
記載の熱圧着装置。