JP3078180B2 - 熱圧着用受け治具 - Google Patents

熱圧着用受け治具

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    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
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    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3421Leaded components

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アウターリード端部の
ボンディング面と回路基板の端子電極とを、異方導電性
接着材料を介して加熱加圧ツールにより熱圧着する際に
用いられる熱圧着用受け治具に関する。
【0002】
【従来の技術】プリント基板とTCP(Tape Carrire P
ackage)とを異方導電性接着材料である熱硬化型ACF
(Anisotropic Conductive Film)により熱圧着する一
般的な工程を図1に示す。その熱圧着工程は、図1に示
されているように、 プリント基板3の端子電極部分8に熱硬化型ACF5
を貼り付け、受け治具2上にセットする(図1
(a))。 TCP4の基板接続部分を、プリント基板3の端子電
極部分8に位置決めする(図1(b))。 一定温度に管理された加熱加圧ツール1によりコンタ
クトヒート方式でプリント基板3の端子電極部分8上を
TCP4側から押圧して熱圧着する(図1(c))。
【0003】この熱硬化型ACFによる熱圧着のポイン
トは、加圧の均一さと加熱温度条件であり、受け治具の
構造や材質は、加圧の均一さや加熱温度条件に大きく影
響を及ぼす。そしてその受け治具に要求される要素とし
ては以下のようなものが考えられている。 熱伝導率が小さいこと 耐熱性があること 熱衝撃に強いこと ある程度の機械的強度があること 加工性が良いこと コストが低いこと また、従来の熱圧着用受け治具2の形状は、図2に示す
ように、加熱加圧ツール1の圧着面に対して平面をもつ
ブロックであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ここで、プリント基板
とTCPとをACFにより熱圧着する工程においては、
加熱加圧ツールの熱が熱圧着受け部に吸収されて、熱圧
着に必要な適正温度を満たさなくなるのを防ぐため、受
け治具は熱伝導率が小さく熱吸収の少ないことが望まれ
る。また、高温状態における加圧により、受け治具に熱
的変化や欠け等の形状変化が現れると、受け治具の加熱
加圧ツールに対する平行度が悪化し、圧着時の温度及び
圧力の均一性が悪くなるという問題がある。この熱圧着
工においては、温度及び圧力に対する要求はシビアであ
り、これら要素の一部でも欠けると生産において不良が
発生し、生産性が低下する。
【0005】しかし、従来の熱圧着用受け治具は、上述
したように、圧着面に対して平面をもつブロック状であ
るため、加熱加圧ツールの熱を拡散しやすい構造になっ
ており、熱効率の良い熱圧着を行うのが困難であるとい
う問題がある。これについての詳細は後述する。
【0006】また、熱圧着用受け治具の材料として、エ
ポキシ樹脂やポリイミド等の熱硬化型プラスチック材料
を用いた場合、圧着の繰り返しにより表面状態が損なわ
れ温度及び圧力の均一性が悪くなるため、受け治具を頻
繁に交換しなければならないという不都合があった。こ
の受け治具の交換・調整作業には多大な時間と労力を要
するため、生産性に大きく影響を及ぼすという問題があ
った。
【0007】本発明は、前記従来の問題点を解消すべく
なされたものであって、加熱加圧ツールからの熱の移動
を最小限に抑制し、熱効率の良い熱圧着を行うことがで
き、さらに加工も容易であり、低熱伝導率、高耐熱性及
び高機械的強度を有する熱圧着用受け治具を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、次の構成によ
り前記課題を解決するものである。請求項1の発明は、
回路基板上に設けられた端子電極部分に電子部品を熱圧
着する際に用いられる熱圧着用受け治具において、該熱
圧着用受け治具は、端子電極部分を回路基板の下方側か
ら支持する熱圧着受け部と、該熱圧着受け部が上面に固
定されたベース部とを備え、かつ前記熱圧着受け部と前
記ベース部とで凸構造を形成し、前記熱圧着受け部は、
0.01〔cal/cm・s・℃〕以下の熱伝導率、250
〔℃〕以上の連続耐熱温度、100Hv以上の硬度及び
100〔kgf/cm2〕以上の圧縮強さを有する材質からな
ることを特徴とする熱圧着用受け治具にある。
【0009】請求項2の発明は、回路基板上に設けられ
た端子電極部分に電子部品を熱圧着する際に用いられる
熱圧着用受け治具において、該熱圧着用受け治具は、端
子電極部分を回路基板の下方側から支持する熱圧着受け
部と、該熱圧着受け部が上面に固定されたベース部とを
備え、かつ前記熱圧着受け部と前記ベース部とで凸構造
を形成し、前記熱圧着受け部の材質が、ジルコニアから
なることを特徴とする熱圧着用受け治具にある。
【0010】請求項3の発明は、請求項1または2にお
いて、前記熱圧着受け部と前記ベース部とにそれぞれ異
なる材質を用い、かつ前記ベース部に前記熱圧着受け部
を固着してなることを特徴とする熱圧着用受け治具にあ
る。
【0011】
【0012】
【作用】請求項1の発明によれば、熱圧着用受け治具
は、回路基板の端子電極部分を回路基板の下方側から支
持する熱圧着受け部と、この熱圧着受け部が上面に固定
されたベース部とを備え、さらに熱圧着受け部とベース
部とで凸構造を形成しているので、加熱加圧ツールから
の熱の移動が抑制される。更に、熱圧着受け部に所定の
物性を有する材質を使用することで、熱の拡散が抑制さ
れ、熱圧着用受け治具の耐久性が向上する。
【0013】請求項2の発明によれば、熱圧着用受け治
具は、回路基板の端子電極部分を回路基板の下方側から
支持する熱圧着受け部と、この熱圧着受け部が上面に固
定されたベース部とを備え、さらに熱圧着受け部とベー
ス部とで凸構造を形成しているので、加熱加圧ツールか
らの熱の移動が抑制される。更に、熱圧着受け部の材質
として、ジルコニアを使用しているので、所望の熱伝導
率、耐熱性及び機械的強度等を有する熱圧着用受け治具
が得られる。
【0014】請求項3の発明によれば、熱圧着受け部と
ベース部とに異なる材質を使用して、この両者を固着し
ているので、熱圧着用受け治具の成形加工が容易にな
り、さらに熱圧着用受け治具の修理、交換も容易とな
る。
【0015】
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図3は、本発明の第1実施例を示す正面図
及び右側面図であり、図4は、第1実施例の使用状態を
示す斜視図である。本実施例の熱圧着用受け治具12
は、図3及び図4に示すように、プリント基板3の端子
電極部分8をプリント基板3の下方側から支持する熱圧
着受け部6と、この熱圧着受け部6が上面に固定された
ベース部7とを備えており、さらに熱圧着受け部6とベ
ース部7とで凸構造を形成している。
【0017】ここで、なぜ熱圧着用受け治具を図3及び
図4に示すような凸形状とすると、熱伝導を低く抑える
ことができるのかを以下に詳述する。単位時間当たりの
熱流:Q、温度差:ΔT、熱抵抗:Rとすると、 Q=ΔT/R ……(1) となる。ここでRは、材質の熱伝導方向の長さをd、面
積をS、熱伝導率をλとすると、 R=d/(λS) ……(2) で表される。
【0018】例えば、プリント基板とTCPとをACF
により熱圧着する工程を考えた場合、熱伝導の構造は図
5の様に重ねられた平行平面板の熱伝導率現象として捉
えることが出来る。図5の左側からTCP・ACF・プ
リント基板・受け部材へと熱が移動する場合、(1)式
は、 Q=(T0−T4)/(R1+R2+R3+R4) ……(3) (2)式は、 R1+R2+R3+R4=(d11+d22+d33+d44)/S …(4) となる。
【0019】これは図6の様な電気回路で相似される。
熱圧着工程で最も重要となるのはACF接着面の温度T
1・T2であり、T1(又はT2)が高く加熱加圧ツールと
の温度差ΔT′=T0−T1(又はT0−T2)が小さいこ
とが望まれる。つまり、加熱加圧ツールの温度T0と受
け治具端面温度T4の温度差ΔT=T0−T4により、T
CP、ACF、プリント基板等を介して受け治具に熱流
Qが移動したとすると、ACF接着面の温度T1(又は
2)が高くなるような熱抵抗R4をもつ受け治具にする
必要がある。R4を大きくとれば、(3)式より、T0
4,R1〜R3が一定のもとではQが小さくなり、 ΔT′=T0−T1=Q×R1(又はT0−T2=Q×(R1+R2)) …(5) であるので、T1(又はT2)が高くなる。
【0020】R4=d4/(λ4S)であるから、R4を大
きくするにはd4を長く、Sを小さくすれば良いことが
わかる。従って、受け治具を図4に示すようにプリント
基板端子部分を支える部分のみ凸構造とすることによ
り、熱流の断面積Sを小さくすることができ、ACF接
着面の温度T1(又はT2)が高くなることにより熱効率
の良い熱圧着ができる。
【0021】また、本発明によれば、熱圧着受け部とベ
ース部とにそれぞれ異なる材質を使用して、ベース部に
熱圧着受け部を固着するのが、容易に熱圧着用受け治具
の成形加工を行うことができるという点で、好ましい。
【0022】ここで、プリント基板とTCPとをACF
により熱圧着する工程において、受け治具に要求される
要素を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】ここにいう連続耐熱温度とは、ある温度環
境下にて連続して200時間以上放置しても材質の劣化
等が見られない温度をいう。表1に示す熱伝導率、連続
耐熱温度及び機械的強度を満足しない熱圧着用受け治具
は、加熱加圧ツールの熱を吸収し、熱圧着に必要な温度
を維持できなくなったり、熱的変化や欠け等の形状変化
が現れたりする虞れがある。したがって、熱圧着用受け
治具、特に熱圧着受け部の材質は0.01〔cal/cm・s
・℃〕以下の熱伝導率、250〔℃〕以上の連続耐熱温
度、100Hv以上の硬度及び100〔kgf/cm2〕以上
の圧縮強さを有することが好ましい。
【0025】次に、熱圧着用受け治具、特に熱圧着受け
部の材質として、どのようなものが最適であるかを検討
した結果を表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】表2より明らかなように、熱圧着受け部の
材質として要求されている熱伝導率、連続耐熱温度及び
機械的強度を全て満足しているのは、ジルコニアのみで
あり、ジルコニアが熱圧着受け部の材質として最適であ
ることがわかる。ジルコニアの具体的物性値を表3に示
す。
【0028】
【表3】
【0029】しかし、ジルコニアは熱衝撃に弱く、熱伝
導方向の長さd4を短くする等の構造上の配慮が必要と
なる。前述のように、熱圧着受け部の熱伝導方向の長さ
4を長くとれば熱抵抗R4を大きく出来、熱効率の良い
熱圧着を行うことができるのだが、熱衝撃に弱いという
理由からd4の長さに制限を受ける。またジルコニアは
非常に硬度が高く、加工及び材料コストが嵩むだけでな
く加工そのものも制限される。
【0030】そこで、熱圧着受け部とベース部とにそれ
ぞれ異なる材質を用い、それらを組み合わせて一体の熱
圧着受け治具を作製した。これにより、熱伝導方向の長
さd4を短く出来、熱衝撃による影響が緩和され、同時
に、加工に伴う制限も受けなくなり、熱圧着受け治具に
必要な条件を全て満たすことが出来た。
【0031】ここで、ベース部の材質としては、ステン
レス鋼が好ましく、特に100Hv以上の硬度及び10
0〔kgf/cm2〕以上の圧縮強さを有するステンレス鋼が
好ましい。
【0032】図7は、本発明にかかる熱圧着受け治具の
第2の実施例を示す図である。図7に示すように、それ
ぞれ異なった材質が用いられた熱圧着受け部6とベース
部7とを接合用ネジ10により組み合わせて一体にし、
凸構造を有する熱圧着受け治具を作製した。また、プリ
ント基板3を固定するため、プリント基板固定ステージ
9を設け、ステージ上面にあけられた穴より真空吸着さ
せる。
【0033】図8は、本発明にかかる熱圧着受け治具の
第3の実施例を示す図である。第3の実施例は、図8に
示すように、ベース部7に熱圧着受け部6を埋め込み、
さらにエポキシ系接着剤11により接合された熱圧着受
け治具である。第2、第3の実施例は、共に良好な接合
結果が得られた。
【0034】熱圧着受け部にジルコニア、ベース部にス
テンレス鋼をそれぞれ使用して、上記実施例の熱圧着受
け治具を作製し、以下のような実験を行った。すなわ
ち、加熱加圧ツールからACFまでの熱抵抗の和R1
2を50〔s℃/cal〕とし、加熱加圧ツールの温度を
350〔℃〕、熱圧着受け部材料の熱抵抗R4を110
〔s℃/cal〕とすると、ACF圧着面での温度T2は約
250〔℃〕となり、良好な温度条件が確保できた。ま
た、熱圧着受け部に同形状のステンレス鋼を用いた場
合、T2は約55〔℃〕となり、ジルコニアの有効性を
確認することが出来た。
【0035】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、熱圧着用受け
治具は、回路基板の端子電極部分を回路基板の下方側か
ら支持する熱圧着受け部と、この熱圧着受け部が上面に
固定されたベース部とを備え、さらに熱圧着受け部とベ
ース部とで凸構造を形成しているので、加熱加圧ツール
からの熱の移動が抑制されるので、熱効率の良好な熱圧
着を行うことができる。更に、熱圧着受け部に所定の物
性を有する材質を使用することで、熱の拡散が抑制さ
れ、熱圧着用受け治具の耐久性が向上するので、生産性
の向上を図ることができる。
【0036】請求項2の発明によれば、熱圧着用受け治
具は、回路基板の端子電極部分を回路基板の下方側から
支持する熱圧着受け部と、この熱圧着受け部が上面に固
定されたベース部とを備え、さらに熱圧着受け部とベー
ス部とで凸構造を形成しているので、加熱加圧ツールか
らの熱の移動が抑制されるので、熱効率の良好な熱圧着
を行うことができる。更に、熱圧着受け部の材質とし
て、ジルコニアを使用しているので、所望の熱伝導率、
耐熱性及び機械的強度等を有する熱圧着用受け治具が得
られ、生産性の向上を図ることができる。
【0037】請求項3の発明によれば、熱圧着受け部と
ベース部とに異なる材質を使用して、この両者を固着し
ているので、熱圧着用受け治具の成形加工が容易にな
り、さらに熱圧着用受け治具の修理、交換も容易となっ
て、生産性の向上を図ることができる。
【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の熱圧着工程の概略図である。(a)AC
Fの貼り付け、(b)プリント基板の位置決め、(c)
加熱加圧ツールによる熱圧着
【図2】加熱加圧ツールと従来の熱圧着受け治具を示す
斜視図である。
【図3】本発明にかる熱圧着受け治具の第1の実施例を
示す模式図である。(a)正面図、(b)右側面図
【図4】第1の実施例の斜視図である。
【図5】各部材の長さと熱抵抗との関係を示す説明図で
ある。
【図6】各位置の温度と熱抵抗との関係を示す説明図で
ある。
【図7】本発明にかる熱圧着受け治具の第2の実施例を
示す構造図である。(a)平面図、(b)正面からの断
面図、(c)右側面図
【図8】本発明にかる熱圧着受け治具の第3の実施例を
示す構造図である。(a)正面図、(b)右側面図
【符号の説明】
3 プリント基板 6 熱圧着受け部 7 ベース部 8 端子電極部分 12 熱圧着受け治具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀井 照夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−182788(JP,A) 特開 平4−75774(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 3/32 H01L 21/603

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路基板上に設けられた端子電極部分に
    電子部品を熱圧着する際に用いられる熱圧着用受け治具
    において、 該熱圧着用受け治具は、端子電極部分を回路基板の下方
    側から支持する熱圧着受け部と、該熱圧着受け部が上面
    に固定されたベース部とを備え、かつ前記熱圧着受け部
    と前記ベース部とで凸構造を形成し 前記熱圧着受け部は、0.01〔cal/cm・s・℃〕以下
    の熱伝導率、250〔℃〕以上の連続耐熱温度、100
    Hv以上の硬度及び100〔kgf/cm 2 〕以上の圧縮強さ
    を有する材質からなる ことを特徴とする熱圧着用受け治
    具。
  2. 【請求項2】 回路基板上に設けられた端子電極部分に
    電子部品を熱圧着する際に用いられる熱圧着用受け治具
    において、 該熱圧着用受け治具は、端子電極部分を回路基板の下方
    側から支持する熱圧着受け部と、該熱圧着受け部が上面
    に固定されたベース部とを備え、かつ前記熱圧着受け部
    と前記ベース部とで凸構造を形成し、 前記熱圧着受け部の材質が、ジルコニアからなる ことを
    特徴とする熱圧着用受け治具。
  3. 【請求項3】 前記熱圧着受け部と前記ベース部とにそ
    れぞれ異なる材質を用い、かつ前記ベース部に前記熱圧
    着受け部を固着してなることを特徴とする請求項1又は
    2記載の熱圧着用受け治具。
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