JP4767518B2 - 実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板と実装部品の実装方法に関する。さらに詳しくは、回路基板と実装部品の間に介在する接着剤の残留応力を低減することにより、部品実装後の回路基板の反りや電極間の接続信頼性を向上した回路基板と実装部品の実装方法に関する。

多数の電極（接続端子）を有する回路基板とＩＣチップ等の実装部品とを接続する方法として、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）、異方導電性ペースト（ＡＣＰ）、非導電性フィルム（ＮＣＦ）等の熱硬化型接着剤を、回路基板と実装部品の間に介して熱圧着する方法が知られている。
この方法では、熱硬化型樹脂を硬化させて回路基板と実装部品間の機械的固着を得るとともに、対向する電極間を直接又は導電性粒子を介して接触させて電気的接続を得ることができる。

例えば、液晶表示用ガラスパネルへの液晶駆動用ＩＣの実装方法として、液晶駆動用ＩＣを直接ガラスパネル上に熱硬化型接着剤で接合するＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）実装方法が用いられている。
図２にＣＯＧ実装による接続工程の断面図を示す。
複数の第一電極１２が形成されたガラス基板１１上に、熱硬化型接着剤２０を塗布等し、その上に実装部品３０を乗せた状態で、ステージ４１上に裁置してある。この状態で、ヘッド４２を図中矢印Ａの方向に移動し、ステージ上の部材を加熱加圧する。このとき、ヘッド４２の温度は、熱硬化型接着剤２０の硬化温度（通常１５０〜２００℃程度）より高く設定され、ステージ４１は、熱硬化型接着剤２０の熱硬化反応が不要に早く始まらないように接着剤の反応開始温度以下にされる。

ところで、製品の軽量化や高密度実装を目的として、ＣＯＧに用いるガラス基板に、従来より薄型で線膨張係数の低いものが使用されるようになっている。例えば、従来の１．１ｍｍ厚の基板から０．７ｍｍ厚の基板が使用されている。このように基板が薄型かつ低熱膨張になると、熱硬化型接着剤の熱分布の歪みや内部応力により基板に反り変形が生じ、表示にムラが出たり、接続抵抗の上昇を招くといった問題があった。

この問題に対して、基板の反りを抑制する方法として、ステージとヘッドとの間で、基板と実装部品とを熱硬化型接着剤を介して熱圧着する際に、熱圧着時のステージ温度を、硬化後の接着剤の温度と弾性率の関係における弾性率の変曲点の温度以上とする方法がある（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、この方法では、あらかじめステージを加熱しているため、特に低温反応型の熱硬化型接着剤を用いる場合、ステージを加熱しすぎると部材を熱圧着する前に熱硬化型接着剤が反応して接着できなくなり、一方でステージの加熱を弱めた場合、接着はできるものの、本来の目的である基板の反りを抑制できない場合があった。
特開２０００-３１２０６９号公報（第２−３頁、第１図）

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、回路基板に実装部品を接続する方法であって、これらの接続後に生じる回路基板の反りを防止できる実装方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、第一電極を有する回路基板と第二電極を有する実装部品とを、前記第一電極と第二電極を対向させ、前記回路基板と実装部品の間に接着剤を介在させてステージ上に配置する位置決め工程と、前記ステージに対向して設置してあるヘッドを前記ステージ方向に移動させ、前記回路基板、実装部品及び接着剤を加圧する加圧工程と、前記加圧状態を保持しながら、前記回路基板、実装部品及び接着剤を加熱する加熱工程と、前記ヘッドを移動し、前記回路基板、実装部品及び接着剤の加圧状態を解除する圧力解除工程とを有することを特徴とする実装方法が提供される。

この実装方法では、各部材を加圧状態にした後、加熱を開始することを特徴としている。従来の方法においては、各部材のを加熱・加圧は、あらかじめ高温に加熱されたヘッドを部材に押し付けることにより行なっていたため、ヘッドの接触によって接着剤が急激に加熱されていた。このため、接着剤内部に熱分布の歪みが生じ、硬化した接着剤が残留応力を有し、その結果、反りを発生していた。
一方、本発明では、各部材をヘッドにより加圧した後に、加圧状態を保持しながら加熱を開始する。このため、接着剤が急激に加熱・昇温されることがなく、その結果、硬化した接着剤の残留応力を低減できる。従って、回路基板の反りの発生を低減できる。

本発明においては、上記の実装方法において、加熱工程後、加圧状態を保持しながら、回路基板、実装部品及び接着剤を冷却する冷却工程を有することが好ましい。
このように、加圧状態を保持したまま各部材を冷却することにより、硬化した接着剤の温度変化に起因する寸法変化によって、回路基板の反りを発生することを防止できる。

本発明においては、加圧工程におけるヘッド及びステージの温度が、前記接着剤の硬化開始温度未満の温度に加熱されていることが好ましい。
このように、ヘッド及びステージを加圧工程、即ち、加熱工程の前に、予め接着剤の硬化開始温度未満の温度まで加熱することにより、加熱工程に要する時間を短縮することができ、生産性を向上できる。

また、加熱工程において、加熱手段の温度を徐々に昇温することが好ましい。
例えば、加熱手段としてヘッドを加熱する場合、加熱工程の開始時には比較的低温（例えば、７０℃程度）にヘッドの温度を設定しておき、その後、段階的に昇温し、目的とする温度（例えば、１５０℃〜３５０℃）にする。このようにすることで、接着剤の硬化時に熱分布の歪みが小さくなるので、接着剤の残留応力を小さくすることができる。

また、冷却工程において、回路基板、実装部品及び接着剤を室温まで冷却することが好ましい。
接着された各部材を、加圧状態の下で室温（約４０℃以下）まで冷却することによって、接続信頼性を向上できる。

本発明の実装方法では、回路基板に実装部品を実装した際の反りの発生を防止できるため、回路基板と実装部品間の接続信頼性を向上することができる。

以下、本発明の実装方法を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である実装方法を示す断面図である。
本実施形態の実装方法は、以下の工程を含む。
（１）第一電極を有する回路基板と第二電極を有する実装部品とを、第一電極と第二電極を対向させ、回路基板と実装部品の間に接着剤を介在させてステージ上に配置する位置決め工程（図１（ａ））
（２）ステージに対向して設置してあるヘッドをステージ方向に移動させ、回路基板、実装部品及び接着剤を加圧する加圧工程（図１（ｂ））
（３）加圧状態を保持しながら、回路基板、実装部品及び接着剤を加熱する加熱工程
（４）ヘッドを移動し、回路基板、実装部品及び接着剤の加圧状態を解除する圧力解除工程（図１（ｃ））

回路基板１０は、ガラス基板１１の一面に第一電極１２を複数有している。この回路基板１０を、ステージ４１の所定位置に位置決めして載置する（図１（ａ））。
位置決めした回路基板１０に接着剤２０を塗布する。接着剤２０として、熱硬化型の絶縁性接着剤又は異方導電性接着剤を使用できる。これらの接着剤は、液状（ペースト状）でもフィルム状に成形したものでもよい。フィルム状のものは、液状の場合に比べ、塗布工程が不要であり、また、一定厚みの連続テープ状での入手が可能なことから、製造工程を自動化し易いので好ましい。

接着剤２０の塗布後、被着対象である実装部品３０を接着剤２０の上に載せる。実装部品３０には、回路基板１０の第一電極１２と接続するための接続端子として、第二電極３１を複数形成されている。回路基板１０の第一電極１２と実装部品３０の第二電極３１が相対峙するように位置決めを行なう（図１（ａ））。

この状態で、ヘッド４２を矢印Ａの方向に移動して実装部品３０及び接着剤２０を回路基板１０へ所定圧力で押し付け、各部材を加圧状態とする（図１（ｂ））。本実施形態では、加圧工程の開始と同時には各部材の加熱を行なず、各部材をヘッドにより加圧した後に、加圧状態を保持しながら加熱を開始する。このようにすることで、接着剤２０が急激に加熱・昇温されることがなく、その結果、硬化した接着剤の残留応力を低減できる。従って、回路基板の反りを発生を低減できる。
尚、ヘッド４２としては、金属製のブロックに加熱ヒーターを内蔵したもの等を使用することができる。

各部材を加圧状態とした後、０．１秒〜２秒後に加熱を開始することが好ましい。
また、ステージ４１及び／又はヘッド４２は、接着剤２０の硬化開始温度未満の温度に加熱されていることが好ましい。
このように、加熱工程の前に、予め接着剤の硬化開始温度未満の温度まで加熱することにより、加熱工程に要する時間を短縮することができ、部品の実装速度を向上できる。
具体的にステージ４１及び／又はヘッド４２の温度は、使用する接着剤によって適宜設定するが、一般に、４０℃〜７０℃に加熱する。

各部材を加熱する方法としては、ステージ４１及び／又はヘッド４２にヒーターを埋設しておき、このヒーターにより加熱する方法や、これらに水蒸気の導入管を形成しておき、その中に高温水蒸気を通すことによって加熱する方法等がある。
特に、ヒーターとしてパルスヒーターを使用することが好ましい。

加熱工程において、加熱手段の温度を徐々に昇温することが好ましい。
例えば、加熱手段としてヘッドを加熱する場合、加熱工程の開始時には比較的低温（例えば、７０℃程度）にヘッドの温度を設定し、昇温速度を、１０℃／秒〜５０℃／秒として昇温するのが好ましい。昇温速度が５０℃／秒を超えると、回路基板の反り防止の効果が小さくなることがあり、１０℃／秒未満では、加熱工程に時間がかかり過ぎ、生産性が悪くなるおそれがある。尚、昇温速度の温度は、加熱手段（ヘッド等）の設定値を意味する。
各部材を上記の昇温速度で徐々に加熱した後、目的とする温度（例えば、１５０℃〜３５０℃）に保持（１秒〜２秒程度）する。
各部材を加熱することによって、接着剤２０が流動・固化するが、上記のように徐々に加熱することによって、接着剤の硬化時に熱分布の歪みが小さくなるので、接着剤の残留応力を小さくすることができる。

加熱工程終了後、ヘッドを元位置に戻し、各部材の加圧状態を解除して（図１（ｃ））、回路基板１０と実装部品３０とが電気的及び機械的に接続した接続構造体を得る。
本実施形態においては、加熱工程終了後、各部材の加圧状態を解除する前に、加圧状態を保持したまま、各部材を冷却することが好ましい。加圧状態を保持したまま、各部材を冷却することにより、硬化した接着剤の温度変化に起因する寸法変化によって生じる回路基板の反りを防止できる。
各部材を冷却する方法としては、例えば、ステージ４１及び／又はヘッド４２に冷却用の管路を形成しておき、管内に冷却媒（水等）を通す方法や、空冷式の冷却方式が挙げられる。

また、上記の冷却工程において、回路基板、実装部品及び接着剤を室温まで冷却することが好ましい。接着された各部材を、加圧状態の下で室温（約４０℃以下）まで冷却することによって、回路基板の反りの発生をより低減でき、回路基板−実装部品間の接続信頼性をより向上できる。
この際の冷却速度は、１０℃／秒〜５０℃／秒とするのが好ましい。冷却速度が５０℃／秒を超えると、回路基板の反り防止の効果が小さくなることがあり、１０℃／秒未満では、冷却工程に時間がかかり過ぎ、生産性が悪くなるおそれがある。尚、冷却速度の温度は、加熱手段（ヘッド等）の設定値を意味する。

本発明では、通常の接続方法で用いられる部材を制限なく使用できる。
例えば、回路基板としては、ガラス基板、ガラス強化エポキシ基板、紙フェノール基板、セラミック基板、積層板等に、金属（金、銅等）やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等で第一電極（回路）を形成したものが挙げられる。

接着剤は、種々の異方導電性フィルム（ＡＣＦ）、異方導電性ペースト（ＡＣＰ）、非導電性フィルム（ＮＣＦ）等を使用することができる。
接着剤中の熱硬化性樹脂成分は、（メタ）アクリル化合物、アクリル樹脂、ウレタン化合物、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ化合物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等からなるものを使用することができる。さらに熱硬化性樹脂の硬化反応の形態も二重結合のラジカル重合や、エポキシ樹脂のイオン重合、重付加等、いずれの重合形態を利用してよい。さらにそれ自身では熱硬化しないフィルム形成ポリマーを含んでいても良い。また、その他の添加物としてラジカル重合開始剤、エポキシ硬化剤、シランカップリング剤を含んでいても良い。
本発明の実装方法は、特に、硬化速度の速いアクリル系等のラジカル重合性接着剤に好適である。

実装部品としては、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ、抵抗、コンデンサ等、回路基板上に直接実装するものであればいかなるものも用いることができる。

本発明の実装方法では、実装部品を実装した後の回路基板の反りを低減できる。その結果、回路基板−実装部品間の接続信頼性を向上することができるので、液晶ディスプレイ装置等の微細回路における回路基板と実装部品の接続に有用である。

本発明の一実施形態である実装方法を示す断面図である。 従来の実装方法を示す断面図である。

符号の説明

１０ 回路基板
１１ 基板
１２ 第一電極
２０ 接着剤
３０ 実装部品
３１ 第二電極
４１ ステージ
４２ ヘッド

Claims (4)

1. 第一電極を有する回路基板と第二電極を有する実装部品とを、前記第一電極と第二電極を対向させ、前記回路基板と実装部品の間に熱硬化性接着剤を介在させてステージ上に配置する位置決め工程と、
   前記ステージに対向して設置してあるヘッドを前記ステージ方向に移動させ、前記回路基板、実装部品及び熱硬化性接着剤を加圧する加圧工程と、
   前記加圧状態を保持しながら、前記ヘッドを昇温速度１０℃／秒〜５０℃／秒で加熱することにより、前記回路基板、実装部品及び熱硬化性接着剤を加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程後、前記加圧状態を保持しながら、前記ヘッドを冷却速度１０℃／秒〜５０℃／秒で冷却することにより、前記回路基板、実装部品及び硬化した熱硬化性接着剤を冷却する冷却工程と、
   前記ヘッドを移動し、前記回路基板、実装部品及び硬化した熱硬化性接着剤の加圧状態を解除する圧力解除工程と、
   を有することを特徴とする実装方法。
2. 前記加熱工程において、前記回路基板、実装部品及び熱硬化性接着剤を１５０℃〜３５０℃で１〜２秒保持することを特徴とする請求項１に記載の実装方法。
3. 前記加圧工程におけるヘッド及びステージの温度が、前記熱硬化性接着剤の硬化開始温度未満の温度に加熱されている請求項１又は２に記載の実装方法。
4. 前記冷却工程において、前記回路基板、実装部品及び硬化した熱硬化性接着剤を室温まで冷却する請求項１〜３のいずれかに記載の実装方法。
   

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