JP4797634B2 - 配線基板の接続方法及び配線基板接続装置 - Google Patents
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このようなFPCと被接続対象物との接続は、被接続対象物の端子電極とFPCの端子電極との間に導電性粒子を含んだ異方性導電フィルムなどの導電性の接着剤を塗布し、ボンディングツールを用いてこれらを加熱加圧することによって行っている。
このように接続時に発生する寸法変化による位置ずれを抑制するために、あらかじめ可撓性配線基板の寸法変化を見越して補正を行った可撓性配線基板を用いて各配線パターンの接続を行う方法(例えば、特許文献1参照)や、可撓性配線基板を仮止めしてから各配線パターンの接続を行う方法(例えば、特許文献2参照)が提案されている。
すなわち、可撓性配線基板に張力を付加することで加熱時における可撓性配線基板の寸法変化量が張力を付加した方向である第1端子電極の延在方向において大きく、張力を付加していない方向である第1端子電極のピッチ方向において小さくなる。
したがって、第1端子電極のピッチを小さくすることができ、より高密度に第1端子電極が配置された第1端子部と第2端子部との接続を高精度に行うことができる。
この発明では、可撓性配線基板に張力を付加した状態で第1端子部を第2端子部に当接させることで、両端子部を当接させた状態で張力を付加することと比較して、第1端子部と第2端子部との接続をより精度よく行える。
この発明では、寸法変化量に応じて可撓性配線基板に付加する張力を調整することで、第1端子部のピッチ方向での位置ずれをより抑制できる。
この発明では、第1端子部と第2端子部との接続境界部において引張応力が集中することにより、第1端子部や第2端子部が断線することを抑制できる。
この発明では、導電性接着剤を介在させることで第1端子部と第2端子部との電気的接続をより強固にすることができる。
この発明では、可撓性配線基板に張力を付加することで、上述と同様に、張力を付加していない方向である第1端子電極のピッチ方向において寸法ずれが小さくなり、第1端子電極のピッチを小さくすることができる。したがって、第1端子電極がより高密度に配置された第1端子部と第2端子部との接続を高精度に行うことができる。
この発明では、張力付加手段が把持した可撓性基板を第1端子電極の配列方向と交差する方向に移動することで、可撓性配線基板に張力を付加する。
この発明では、可撓性配線基板に応じて付加する張力を調整することで、第1端子部が断線することを回避できる。
この発明では、第1端子部と第2端子部との接続境界部において引張応力が集中することにより、第1端子部や第2端子部が断線することを抑制できる。
この発明では、上述した配線基板の接続方法を用いることで、第1端子電極のピッチを小さくすることができると共に、より高密度に第1端子電極が配置された第1端子部と第2端子部との接続を高精度に行うことができる。
この発明では、上述した実装構造体を備えることで、第1端子電極のピッチを小さくすることができると共に、第1端子電極がより高密度に配置された第1端子部と第2端子部との接続を高精度に行うことができる。
本実施形態における配線基板接続装置は、可撓性配線基板(以下、FPCと称する)と被接続対象物とを電気的に接続させて実装構造体を形成するものである。そして、配線基板接続装置1は、図1に示すように、後述する液晶パネル(被接続対象物)42を載置する載置台2と、後述するFPC41を固定する固定部3と、FPC41を加熱、加圧する加熱加圧部4と、FPC41に張力を付加する張力付加部5とを備えている。
この案内板11は、液晶パネル42を保持するために設けられており、保持する液晶パネル42の材質や熱伝導率、液晶パネル42の案内板11との接触面における表面粗さに応じて材質の異なるものが設けられている。ここで、案内板11の上面は鏡面であってもよいが、加熱加圧部4から液晶パネル42に加えられる熱が案内板11を介して載置台2に放熱されることを防止するために、載置される液晶パネル42の裏面の面粗さよりも滑らかであること、すなわち液晶パネル42の裏面の面粗さが案内板11の上面の面粗さよりも粗いことが好ましい。
さらに、載置台2には、案内板11上に載置される液晶パネル42を吸着、保持するために、上面2aに案内板11を囲むようにして吸着口(図示略)が形成されている。この吸着口は、真空ポンプに接続されている。なお、この吸着口は、載置台2の凹部内に形成されてもよい。この場合には、案内板11のうち吸着口に当接する位置に貫通孔を形成する必要がある。
ヘッド部15は、その内部にヒータなどの加熱機構が設けられたコンスタントヒート方式のヘッドであり、200℃〜450℃程度の温度範囲で任意の温度に設定可能となっている。また、ヘッド部15の底面は平面となっている。また、ヘッド部15は、支持軸16を介して支持部材(図示略)に取り付けられている。なお、ヘッド部15の底面は、接続するFPC41及び液晶パネル42の形状に合わせて治具を取り付け可能な構成とすることが好ましい。このようにすることで、当接面を正方形や細長い矩形、その他任意の形状に設定することができる。
突出部17は、支持軸16の移動方向である鉛直方向に対して直交する水平方向に向けて突出して形成されており、支持軸16が鉛直方向で上下移動する際に支持軸16と共に上下移動可能となっている。また、突出部17は、支持軸16が鉛直方向で下方に移動したときに、張力付加部5の後述する当接部25に当接し、さらに支持軸16を鉛直方向で下方に移動させた際に当接部25を鉛直方向下方に押し下げる構成となっている。ここで、突出部17が上記当接部25と当接するタイミングは、ヘッド部15の底面がFPC41に当接する前となっている。
腕部21は、L字状に屈曲して形成されており、その屈曲部に、FPC41の第1端子電極55の配列方向であるピッチ方向と平行な軸回りで回動可能な回動軸24が設けられている。そして、腕部21の一端側には、支持軸16が下方に移動することで突出部17と当接する当接部25が設けられている。このため、腕部21は、支持軸16が下方に移動することで突出部17が当接部25に当接し、さらに支持部16が下方に移動することで、回動軸24を支点として腕部21及び把持部22が固定部3から離間する方向である、図1に示す矢印A1方向で回動する構成となっている。
また、腕部21の他端には薄肉部21aが形成されており、この薄肉部21aには厚さ方向で貫通する貫通孔(図示略)が形成されている。
ネジ部26は、その軸が薄肉部21aの上記貫通孔に挿通されており、その一端には上記軸部よりも大径の支持部26aが設けられている。
バネ部27は、例えばコイルバネによって構成されており、上記軸部が挿通され、一端が薄肉部21aと接触して他端が支持部26aと接触している。
したがって、張力調整部23は、腕部21が回動軸24の軸回りで図1に示す矢印A1方向に回動することによってバネ部27が薄肉部21aによって圧縮される構成となっており、バネ部27が圧縮して支持部26aを押圧することで支持部26a及びネジ部26を介して薄肉部22aが回動軸24の軸回りで矢印A1方向に回動する構成となっている。したがって、張力調整部23は、バネ部27のバネ定数を調整することで、腕部21の回動軸24回りでの回動によってFPC41に付加する張力を調整可能となっている。
この実装構造体40は、図2に示すように、FPC41と液晶パネル42とを電気的に接続した構成となっている。
また、配線パターン52及び第1端子部53は、ベース基板51上に形成された銅(Cu)などの金属膜をパターニングすることによって形成されている。そして、第1端子部53は、間隔をあけて複数形成された線状の第1端子電極55によって構成されており、それぞれが半導体チップ54と電気的に接続されている。この第1端子電極55の形成方向は、それぞれFPC41の長手方向と同方向となっている。
なお、FPC41は、ベース基板51上に、半導体チップ54のほかに、抵抗やコンデンサ、その他のチップ部品を実装した構成としてもよい。また、半導体チップ54を実装しない構成としてもよい。
ここで、ベース基板51は厚さが例えば25μmであり、配線パターン52及び第1端子部53は厚さが例えば8μmであり、第1端子電極55はピッチが例えば38μmで端子数が約400端子となっている。
また、FPC41は、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film、導電性接着剤)56を介して液晶パネル42の後述するTFTアレイ基板61に固定されている。
また、液晶パネル42は、TFTアレイ基板61の外側表面に貼付された偏光板64と、対向基板62の外側表面に貼付された偏光板(図示略)とを有する。
また、TFTアレイ基板61の内側表面には電極65が形成されており、対向基板62の内側表面には電極66が形成されている。これら電極65、66は、例えばITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ)などの透光性の導電材料によって構成されており、ストライプ状や文字、数字、その他の適宜のパターン上に形成されている。
複数の第2端子電極68は、TFTアレイ基板61上に電極65を形成するときに電極65と同時に形成されており、電極65と同様に、例えばITOによって構成されている。なお、第2端子電極68には、電極65から電極65と一体的に延びるもの及び導電材料(図示略)を介して電極66に接続されるものを含む。
ここで、実際の電極65、66は、極めて狭い間隔をもってTFTアレイ基板61及び対向基板62上にそれぞれ多数形成されているが、図2では液晶パネル42の構造の理解を容易とするため、電極65、66の形成間隔を広げて模式的に示すと共に、それらのうちの数本のみを図示することとして他の部分を省略している。また、第2端子電極68と電極65との接続状態及び第2端子電極68と電極66との接続状態も、図2では省略している。
まず、図1に示すように、載置台2上に液晶パネル42を、液晶パネル42のうち第2端子部67が形成された張出部61aの部位が案内板11の上方に位置するように載置する。このとき、液晶パネル42は、上記吸着口によって載置台2に吸着固定される。
すなわち、張力付加工程では、腕部21を回動軸24の軸回りで回動させ、バネ部27を介して把持部22を回動軸24の軸回りで移動させることにより、FPC41に張力を付加している。ここで、バネ部27によるバネ定数を調整することで、腕部21から把持部22に伝達する回動軸24の軸回りでの力が調整可能となる。
続いて、加熱加圧工程を行う。これは、ヘッド部15をFPC41に当接させた状態で、支持軸16をさらに下方に移動させることによって、第1端子部53を第2端子部67に向けて押圧する(図4)。このとき、ヘッド部15から供給される熱により、異方性導電フィルム56が軟化、溶融すると共に、ヘッド部15で加圧されるために第1端子部53と第2端子部67との間に異方性導電フィルム56中の導電性粒子が変形挟持される。これにより、第1端子部53と第2端子部67とが接続される。ここで、ヘッド部15は、その加熱加圧時間が3秒〜15秒程度となっており、その加圧圧力が約30kg/cm2となっている。また、ヘッド部15による加熱でベース基板51が熱変形しても、FPC41の長手方向に張力が付加されているので、その変形方向が上述と同様に制限されている。このとき、FPC41の幅方向における寸法変化率は、張力を付加しないときで例えば0.15%であるのに対し、張力を付加することで例えば0.02%となっている。このように、第1端子電極55の配置方向における寸法変化が抑制できる。
以上のようにして、FPC41と液晶パネル42との接続を行う。このようにして、実装構造体40を製造する。
このノート型パーソナルコンピュータ70は、筐体71と、実装構造体40を構成する液晶パネル42を有する液晶表示装置72と、キーボード73と、筐体71内に配置されたCPU(中央処理装置)などを備えたマザーボード(図示略)及びハードディスクなどの電子部品(図示略)とを備えている。
そして、張力調整部23によってFPC41の材質や加熱時における寸法変化量に応じて付加する張力を調整し、最適な張力をFPC41に付加しているので、第1端子電極55のピッチ方向での位置ずれを抑制すると共に、第1端子電極55が断線することを回避できる。
さらに、第1端子部53と第2端子部67との間に異方性導電フィルム56を介在させることで、第1及び第2端子部33、47の電気的接続をより強固にできる。
また、実装構造体40としては、液晶パネル42を含むものに限らず、有機ELパネルを含むものや、FED(Field Emission Display)を含むものであってもよい。
本実施形態における実装構造体は、液滴吐出ヘッドであって、インク(機能液)を液滴状にしてノズルから吐出するものである。
そして、液滴吐出ヘッド100は、図7に示すように、後述するリード電極群(第2端子部)135A、135Bにそれぞれ接続されるFPC(可撓性配線基板)101と、ヘッド本体部(被接続対象物)102とを備えている。
この圧力発生室118は、ノズル開口部群116A、116Bを構成するノズル開口部116に対応するように、Y軸方向に複数並んで形成されている。そして、ノズル開口部群116Aに対応して形成された複数の圧力発生室118によって圧力発生室群118Aが構成され、ノズル開口部群116Bに対応して形成された複数の圧力発生室118によって圧力発生室群118Bが形成される。
また、圧力発生室118の基板外縁部側の端部は、リザーバ121の一部を構成する供給路122を介して連通部123により互いに連通されている。この連通部123は、流路形成基板112に形成された貫通孔であって、後述するリザーバ部136に接続されている。
圧電体膜133は、例えば厚さ1μm程度の金属酸化物によって構成されている。また、上電極膜134は、例えば厚さ0.1μm程度の白金などによって構成されている。そして、リード電極135は、例えば厚さ0.1μm程度の金などによって構成されている。なお、リード電極135と下電極膜132との間には、絶縁膜(図示略)が設けられている。
また、ノズル開口部群116Aを構成するノズル開口部116と対応するようにY軸方向に複数並んで設けられた圧電素子113により圧電素子群113Aが形成され、ノズル開口部群116Bと対応して設けられた圧電素子113により圧電素子群113Bが形成されている。そして、圧電素子群113Aを構成する圧電素子113のリード電極135によってリード電極群135Aが形成され、圧電素子群113Bを構成するリード電極135によってリード電極群135Bが形成されている。
なお、圧電素子113は、圧電体膜133、上電極膜134及びリード電極135に加えて下電極膜132を含むものであってもよい。すなわち、本実施形態における下電極膜132は、圧電素子113としての機能と振動板114としての機能とを兼ね備える構成としてもよい。また、本実施形態では、弾性膜131及び下電極膜132によって振動板114が構成されているが、弾性膜131を省略して下電極膜132が弾性膜131の機能を兼ね備える構成としてもよい。
封止膜142は、例えば厚さ6μm程度のポリフェニレンスルフィドフィルムのような剛性が低く可撓性を有する材料によって形成されておりリザーバ部136の上部を封止している。
また、固定板143は、例えば厚さ30μm程度のステンレス鋼のような金属などの硬質の材料によって形成されている。この固定板143のうち、リザーバ部136に対応する領域は、厚さ方向で完全に除去された開口部145となっている。したがって、リザーバ部136の上部は、可撓性を有する封止膜142のみによって封止されているので、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部146となっている。また、リザーバ部136の外側のコンプライアンス基板141上には、導入路137に連通してリザーバ部136に機能液を供給するための機能液導入口147が形成されている。
すなわち、リザーバ形成基板115のうち、圧電素子113と対向する領域には、圧電素子113の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部150が形成されている。圧電素子保持部150は、圧電素子群113A、113Bを覆う大きさで形成されている。また、圧電素子113のうち、少なくとも圧電体膜133は、この圧電素子保持部150内に密封されている。
本実施形態におけるFPC101とヘッド本体部102との接続方法においても、上述した第1の実施形態と同様に、載置台2上にヘッド本体部102を載置し、異方性導電フィルム109をリード電極群135Aの全体を覆うように貼付する。また、FPC101を把持部22及び固定部3で挟持する。
そして、上述と同様に張力付加工程及び当接工程を行った後、加熱加圧工程を行う。これは、ヘッド部15をFPC101に当接させた状態で、支持軸16をさらに下方に移動することにより、端子部107Aをリード電極群135Aに向けて押圧する(図8)。このとき、ヘッド部15から供給される熱により、異方性導電フィルム56が軟化、溶融し、端子部107Aとリード電極群135Aとが接続される。
その後、解除工程を行い、支持軸16を上方に移動させた後、把持部22及び固定部3によるFPC101の挟持状態を解除する。この後、FPC101のうち把持部22によって把持された部位を切除する。なお、この部分を切除せず、そのままとしてもよい。
さらに、同様の手順により、他のFPC101の端子部107Aとリード電極群135Bとを接続する。
以上のようにして、FPC101とヘッド本体部102との接続を行い、液滴吐出ヘッド100を製造する。
この液滴吐出装置160は、液晶表示デバイスを形成するための液晶表示デバイス形成用材料や有機EL表示デバイスを形成するための有機EL形成用材料、電子回路の配線パターンを形成するための配線パターン形成用材料などの機能液の液滴を吐出する装置である。そして、液滴吐出装置160は、図9に示すように、液滴吐出ヘッド100と、第1及び第2駆動モータ161、162と、駆動軸163と、ガイド軸164と、ステージ165と、クリーニング機構166と、基台167と、ヒータ168と、これらを制御する外部コントローラ169とを備えている。
第2駆動モータ162は、第1駆動モータ161と同様に、例えばステッピングモータによって構成されており、ガイド軸164に接続されている。そして、第2駆動モータ162は、外部コントローラ169から供給されたX軸方向の駆動信号によりガイド軸164を回転させ、ステージ165をX軸方向に移動させる。また、ガイド軸164は、基台167に対して固定されている。
ステージ165は、液滴吐出ヘッド100から機能液が吐出される基板Sを支持し、基板Sを基準位置に固定する固定機構(図示略)を備えている。
ヒータ168は、例えばランプアニールにより基板Sを熱処理するものであって、基板Sに塗布された機能液に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行う。
外部コントローラ169は、第1及び第2駆動モータ161、162に対して駆動信号をそれぞれ供給すると共に、液滴吐出ヘッド100による液滴の吐出制御用の電圧を供給する。
なお、本実施形態において、1つの機能液導入口58及び導入路52によってリザーバ37にインクを供給する構成となっているが、所望の機能液の供給量に応じて、複数の機能液導入口58及び導入路52を設ける構成としてもよい。
また、機能液導入口58の開口面積を適宜変更して機能液の供給量を調整してもよい。
例えば、上記実施形態では、第1端子電極や端子電極の延在方向に沿う方向でFPCに張力を付加しているが、FPCへの張力付加方向はこれに限らず、第1端子電極や端子電極の配列方向と交差する方向であればよい。
また、張力付加工程の後で当接工程を行っているが、当接工程を行った後で張力付加工程を行ってもよい。
また、第1端子部と第2端子部との接続や、端子部とリード電極群との接続の際に異方性導電フィルムを介して行っているが、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)を用いてもよく、非導電性フィルム(NCF:Non Conductive Film)や非導電性ペースト(NCP:Non Conductive Paste)、ロウ材など、他の接着剤を用いて接続してもよい。さらに、ハンダ付けによって接続してもよい。また、加熱加圧工程において第1端子部と第2端子部との接続や、端子部とリード電極群との接続を合金接続によって行う場合には、接着剤を用いなくてもよい。
また、FPCに付加する張力を適切な状態とすることが可能であれば、張力調整部を設けない構成としてもよい。
Claims (7)
- 可撓性配線基板に間隔をあけて複数設けられた線状の第1端子電極で構成される第1端子部と、被接続対象物に設けられた第2端子部とを接続する配線基板の接続方法であって、
前記可撓性配線基板を把持し、前記可撓性配線基板に対して前記第1端子電極の配列方向と交差する方向に張力を付加する張力付加工程と、
前記第1端子部と前記第2端子部とを当接させる当接工程と、
前記第1端子部を前記第2端子部に加熱しながら加圧して前記可撓性配線基板と前記被接続対象物とを電気的に接続する加熱加圧工程と、を備えることを特徴とする配線基板の接続方法。 - 前記張力付加工程の後、前記当接工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の配線基板の接続方法。
- 前記加熱加圧工程の後、前記可撓性配線基板に付加した張力を解除する解除工程を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板の接続方法。
- 前記第1端子部と前記第2端子部との間に、導電性接着剤を介在させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の配線基板の接続方法。
- 可撓性配線基板に間隔をあけて複数設けられた線状の第1端子電極で構成される第1端子部と、被接続対象物に設けられた第2端子部とを接続する配線基板接続装置であって、
前記可撓性配線基板を把持して前記第1端子電極の配列方向と交差する方向に張力を付加する張力付加手段と、
前記可撓性配線基板に張力を付加した状態で、前記第1端子部を前記第2端子部に加熱しながら押圧する加熱加圧手段とを備えることを特徴とする配線基板接続装置。 - 前記張力付加手段が、把持した前記可撓性配線基板を前記第1端子電極の配列方向と交差する方向に移動することを特徴とする請求項5に記載の配線基板接続装置。
- 前記第1端子部を前記第2端子部と接続させた後、前記可撓性配線基板に付加した張力を解除する張力付加解除制御手段を備えることを特徴とする請求項5または6に記載の配線基板接続装置。
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