JP5045184B2 - 熱圧着装置 - Google Patents

Description

この発明は、光透過性ワーク同士の熱圧着に好適な熱圧着装置に関する。

従来、液晶表示パネルと外部回路基板を電気接続するためのコネクタ部材としてフレキシブル配線基板（以下、ＦＰＣ：Flexible Printed Circuitと言う）が用いられている。そして、このＦＰＣを液晶表示パネルのガラス基板の配線回路に導通接合する場合、異方性導電接着材（以下、ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Filmと言う）を介してそれぞれの接続端子同士を導通接続する。

ＡＣＦは、エポキシ樹脂等の熱硬化性バインダ樹脂中に平均粒径が５μｍ程度の導電性粒子を分散混合してなる導通接合部材である。従って、このＡＣＦを用いてＦＰＣと液晶表示パネルの各配線を導通接合する際は、加熱しつつ加圧できる熱圧着ツールが用いられる。

熱圧着ツールを用いてＦＰＣを液晶表示パネルのガラス基板に導通接合する場合、双方の配線の対応する接続端子同士を正確に重ね合わせる必要があるが、この際の位置合わせ方法としては、特許文献１に示されるようなＣＣＤ（Charge-Coupled Device：電荷結合素子）カメラを用いた画像認識による位置合わせ方法がある。
特開平９−２１９５８４号公報

上述の画像認識による位置合わせ方法による場合、ＣＣＤカメラとその撮像用照明手段は、ワークとしてのＦＰＣと液晶表示パネルを挟んで熱圧着ツールとは反対側（裏側）に配置される。これは、熱圧着ツール側は、熱圧着ツール自体がヒータやワークをバキューム吸着するための吸気管等を内蔵するために接合エリアに対し相対的に大型化し、ＣＣＤカメラや照明具等の画像認識用機材を配置する適当なスペースを確保することが難しいからである。

照明具とＣＣＤカメラの双方を熱圧着ツールとは反対側に配置した場合、ＣＣＤカメラの撮像画像は反射照明による画像となる。このため、配線パターンと同じ材料の銅等の金属膜で形成されたアライメントマークの表面状態やＦＰＣ自体の反り等によって、照射光が拡散反射したり乱反射してアライメントマーク像の視認性が低下し、その結果、画像認識に支障を来たして正確な位置合わせができない。

本発明の目的は、圧着すべきワーク同士を画像認識により常に正確に位置合わせして適正に熱圧着することを可能とする熱圧着ツール及びそれを用いた熱圧着装置を提供することである。

本発明の請求項１に記載した熱圧着装置は、ワークに圧接させる平面と、前記平面を所定温度に加熱するヒータと、前記ワークに設置されているアライメントマークに対する照明光を導く導光体と、前記平面にワークをバキューム吸着するための吸気管と、を備え、前記ワークに対して進退自在に駆動される熱圧着ツールと、前記導光体を介して照射する光を射出する光源と、前記熱圧着ツールに吸着保持されたワークが熱圧着される被圧着ワークを支持するための光透過性材料からなる支持台と、前記支持台の前記熱圧着ツールとは反対側に設置され、前記熱圧着ツールの導光体から出射され前記ワーク及び前記被圧着ワークの互いに対応する各アライメントマークのうちのいずれか一方或いは双方を照射し、前記支持台を透過した光を受けて前記各アライメントマークを撮像する画像認識用カメラと、を有することを、特徴とするものである。

請求項２に記載した熱圧着装置は、請求項１の熱圧着装置において、前記導光体がセラミックスからなる光ファイバを束ねて形成された光ファイババンドルであることを特徴とするものである。

請求項３に記載した熱圧着装置は、請求項１または請求項２に記載の熱圧着装置において、前記吸気管が設けられたワーク保持部と、前記導光体が設けられたワーク照明部とが、着脱可能に分割されていることを特徴とするものである。

請求項４に記載した熱圧着装置は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の熱圧着装置が、前記支持台の前記熱圧着ツールとは反対側に設置され、前記アライメントマークを照射する背面照射手段を、更に備えていることを特徴とするものである。

本発明の熱圧着ツールとこれを用いる熱圧着装置によれば、正確な画像認識によるワークの位置合わせを実施することができ、その結果、圧着すべきワーク同士を常に正確に位置合わせして適正に熱圧着することが可能となる。

図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施形態としての熱圧着装置とこれを用いる熱圧着工程の各段階を示す工程説明図、図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ前記熱圧着装置における熱圧着ツールを示す正面図と底面図、及び図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ前記熱圧着工程において熱圧着されるワークと被圧着ワークを示す各説明図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の熱圧着装置は、熱圧着ツール１、これを駆動する駆動機構２、ワークとしてのＦＰＣ３と液晶表示パネル４を支持するサブテーブル５、メインテーブル６、ＣＣＤカメラ７、及び背面照明用光ファイバ８等で構成されている。

まず、熱圧着ツール１によって熱圧着するＦＰＣ３と液晶表示パネル４について、図３（ａ）、（ｂ）に基づき説明する。なお、図３（ａ）、（ｂ）は、共に互いに接合させる面を示す平面図である。

ワークのＦＰＣ３は、図３（ａ）に示されるように、ポリイミド樹脂等の耐熱性に優れた半透明のフレキシブルな樹脂フィルムをベースシート３１とし、その表面に導電性被膜を被着しフォトリソグラフィーによりパターニングして配線パターン３２を形成し、この配線パターン３２の接続端子３２１とする先端部を除き絶縁保護膜３３が被着されてなる。接続端子３２１が並設された端子アレイ部の両サイドには、一対のアライメントマーク３４、３４が、配線パターン３２と同じ導電材料で同時にパターン形成されている。なお、本実施形態の配線パターン３２及び一対のアライメントマーク３４、３４は、銅で形成されている。

これに対し、被圧着ワークの液晶表示パネル４は、一対のガラス基板４１、４２（図１（ｂ）参照）間に液晶（不図示）が封入されてなり、一方のガラス基板４１の、他方のガラス基板４２より突出させた突出端部には、図３（ｂ）に示されるように、液晶を駆動するドライバチップ４３がＣＯＧ（Chip On Glass）搭載され、このドライバチップ４３に駆動信号を入力するための入力配線パターン４４の各接続端子４４１が突出端部の縁部に沿って並設されている。この入力配線パターン４４の各接続端子４４１と前記ＦＰＣ３の各接続端子３２１は、互いに等しいピッチで並設され、対応する接続端子同士が導通接続される。接続端子４４１が並設されたアレイ部の両サイドには、ＦＰＣ３側の前記アライメントマーク３４に対応させて、一対のアライメントマーク４５が形成されている。これらアライメントマーク４５、４５は、配線パターン４４と同じ材料のＩＴＯ（indium tin oxide）で同時にパターン形成される。

熱圧着ツール１は、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、直方体をなす本体１１と、本体１１のワークに向けて進出させる側の表面の幅中央にその長手方向に沿って凸設されている押圧ヘッド１２とからなる。この押圧ヘッド１２の圧接面（先端面）１２１は、ＦＰＣ３に圧接させる圧接面となり、図３（ａ）に二点鎖線で示されるように、ＦＰＣ３における接続端子３２１が並設された端子アレイ部とその両側のアライメントマーク３４、３４が配設された両コーナー部をその両側に適長の余裕代を確保してカバーできる面積を備えている。

押圧ヘッド１２の圧接面１２１を上述のような大面積に形成することにより、ＦＰＣ３の接続端子３２１が並設された端部全体を液晶表示パネル４の対応部に確実に熱圧着接合することができる。すなわち、図３（ａ）、（ｂ）において二点鎖線で示すように、双方の接続端子３２１、４４１の導通接続部材としてのＡＣＦ９が、接続端子３２１のアレイ部だけでなくその両側のアライメントマーク３４、３４が配設された両コーナー部を含むエリアつまりＦＰＣ３の端部の略全体をカバーするエリアに亘り配置され、このＡＣＦ９全体が余裕代を見込んだ上記大面積の圧接面１２１により加熱押圧されることにより、軟化し食み出す部分も含んだ全てのＡＣＦ９が確実に硬化し、ＦＰＣ３の端部全体が接着されずに浮いた縁部を発生させること無くＡＣＦ９を介して確実に熱圧着接合される。これにより、ＦＰＣ３と液晶表示パネル４の熱圧着接合の信頼性が向上する。

図２に戻って、熱圧着ツール１の本体１１内には、その長手両サイドに沿って一対のヒータ１３、１３がそれぞれ埋設されている。また、押圧ヘッド１２内には、ワークとしてのＦＰＣ３をバキューム吸引により吸着するための吸気管１４が配設されている。本実施形態では、３本の吸気管１４が設けられており、それらの各吸引口１４１は押圧ヘッド１２における圧接面１２１の幅中央部に長手方向に沿って等間隔に配設されている。これら３本の吸気管１４は１本のチューブ１５にまとめて本体１１外に引き出され、図示しないバキュームポンプに接続されている。

更に、熱圧着ツール１内には、正面側照明光の導光体として、一対の正面照射用光ファイバ１６、１６が、長手方向両端部に設置されている。各正面照射用光ファイバ１６は、複数本のセラミックスからなる光ファイバをバンドル状に束ねて形成されており、熱圧着ツール１の長手方向側端部における幅中央にそれぞれ圧接面１２１に対し垂直に埋設されている。従って、各正面照射用光ファイバ１６の圧接面１２１において開かれた照射口１６１は、前記吸気管１４の吸引口１４１の列を挟んで圧接面１２１の両端部にそれぞれ配設されている。

各正面照射用光ファイバ１６は熱圧着ツール１外に引き出され、その引出し部先端の各光入射口には、図１に示されるように、集光レンズ１７を介して光源ランプ１８がそれぞれ対向配設されている。

図１において、上述のように構成された熱圧着ツール１は、駆動機構２により、圧接面１２１に平行なＸ軸とＹ軸（図２参照）及びこれらに直角なＺ軸の互いに直交する３方向に往復直線移動される。

熱圧着ツール１に一方の端部を吸着保持されたワークとしてのＦＰＣ３の他端部は、サブテーブル５により支持されている。このサブテーブル５は、図示しない駆動機構により、熱圧着ツール１のＺ軸方向への昇降移動に同期させて昇降移動される。

ＦＰＣ３が熱圧着される被圧着ワークとしての液晶表示パネル４は、メインテーブル６上に載置されている。このメインテーブル６は、図示しない駆動機構により、Ｘ−Ｙ軸方向に往復直線移動されるとともに、Ｚ軸に平行に立設された図示しない回転軸を中心として往復回転移動される。そして、液晶表示パネル４のＦＰＣ３が熱圧着される突出端部を支持するメインテーブル６の棚部６１は、ガラス等の透明な材料で形成され、メインテーブル６の回転と共に図１（ｂ）に示される熱圧着接合位置に進退する構成となっている。

メインテーブル６を挟んで熱圧着ツール１の反対側には、前記正面照射用光ファイバ１６に対応させて、一対の画像認識用ＣＣＤカメラ７がそれぞれ配置されている。各ＣＣＤカメラ７は、その光軸が対応する正面照射用光ファイバ１６の光軸の延長上に実質的に重なる配置つまり正対する配置で設置されている。

そして、ＣＣＤカメラ７の側方には、背面照明用光ファイバ８が設置されている。この背面照明用光ファイバ８は、図外の光源からの出射光を熱圧着接合位置に進出した棚部６１により支持されている液晶表示パネル４のアライメントマーク４５（図３（ｂ）参照）に向けて照射できるようにその光軸の角度が設定されている。

次に、上述のように構成された熱圧着装置によるＦＰＣ３の液晶表示パネル４への熱圧着動作について説明する。

まず、熱圧着ツール１を、ＦＰＣがストックされているヤードに移動させて熱圧着すべきＦＰＣ３をヘッド先端面１２１に吸着保持させた後、図１（ａ）に示す熱圧着接合ステーションに停止させる。このとき、液晶表示パネル４は、熱圧着ツール１下方の熱圧着接合位置に進出させずに図外の退避位置で待機させておく。

上述の状態下で、熱圧着ツール１に内蔵した一対の正面照射用光ファイバ１６を通しＦＰＣ３の対応するアライメントマーク３４を正面側（ＦＰＣ３の裏面側）からそれぞれ照射する。このとき、正面照射用光ファイバ１６の照射口１６１は、図３（ａ）に示すようにアライメントマーク３４に比べて充分に大きいから、ＦＰＣ３の吸着時に正確な位置合せをしていなくても、安定してアライメントマーク３４全体を充分な光で照射することができる。

そして、一対のＣＣＤカメラ７により、対応する前記アライメントマーク３４を撮像する。このアライメントマーク３４の撮像においては、正面照射用光ファイバ１６からの透過光による陰影像をＣＣＤカメラ７により撮像するから、アライメントマーク３４の表面状態やＦＰＣ自体の反り等に拘わらず常に視認性の良いアライメントマーク像を撮像でき、その結果、アライメントマーク３４の位置を安定して正確に画像認識することが可能となる。

次に、メインテーブル６を回転させて載置されている液晶表示パネル４を図１（ｂ）に示す熱圧着接合位置に位置させる。この接合位置に進出させた液晶表示パネル４の一方のガラス基板５１の突出端部には、電極配線の接続端子アレイ部に対応させてＡＣＦ９が配置されている。この場合、ＡＣＦ９は、図３（ｂ）に示されるように、接続端子アレイ部４２だけでなくその両側のアライメントマーク４５をも含むエリアにわたり配置されている。

次いで、背面照明用光ファイバ８を通し熱圧着接合位置に位置させた液晶表示パネル４のアライメントマーク４５（図３（ｂ）参照）に向けて光を照射する。このとき、正面照射用光ファイバ１６からの照射光も、ＡＣＦ９の厚さが約４０μｍと薄いためにこれを或る程度透過しアライメントマーク４５の照明光となる。したがって、この液晶表示パネル４側アライメントマーク４５の撮像においては、前記背面照明用光ファイバ８からの反射照明に正面照射用光ファイバ１６からの透過照明が加味され、ＩＴＯで形成されたアライメントマーク４５を撮像するのに最適な照明バランスが得られる。その結果、反射照明だけでは得ることが難しいＩＴＯからなるアライメントマーク４５の視認性の良い画像をＣＣＤカメラ７により撮像でき、液晶表示パネル４の位置の正確な画像認識を行うことができる。

両アライメントマーク３４、４５の画像認識により得られた各位置データは、図示しない演算制御部に送られて両者のズレ量が算出され、このズレ量を解消すべく、メインテーブル６と熱圧着ツール１の何れか一方または両方がＸ−Ｙ軸方向に調整移動される。

そして、両アライメントマーク３４、４５の位置ずれが解消され対応する接続端子同士が正確に重なる整合状態が得られたら、図１（ｂ）に示されるように熱圧着ツール１をサブテーブル５と共に所定ストロークだけ下降させ、ＦＰＣ３をＡＣＦ９を介して液晶表示パネル４に加熱しつつ加圧し熱圧着接合する。これにより、図３（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示されるＦＰＣ３の接続端子アレイ部３２の各接続端子３２１と液晶表示パネル４の接続端子アレイ部４４の対応する接続端子４４１とが、ＡＣＦ９の導電性粒子を介して正確に導通接続される。

なお、この熱圧着時において、熱圧着ツール１の本体１１は、ＡＣＦ９をその熱硬化性バインダ樹脂が充分に硬化する１８０〜１９０℃に加熱するためのヒータ１３の発熱作用により、その温度が２００〜３００℃の高温に上昇するが、各正面照射用光ファイバ１６は耐熱性に優れたセラミックスで形成されているために熱劣化することはない。

以上のように、本実施形態の熱圧着ツールとこれを用いた熱圧着装置によれば、ＦＰＣ３を吸着保持する熱圧着ツール１にそのアライメントマーク３４を照射する正面照射用光ファイバ１６を内蔵したから、アライメントマーク３４を撮像するＣＣＤカメラ７とその照明手段の正面照射用光ファイバ１６をアライメントマーク３４を挟んで対向配置し、アライメントマーク３４を透過光による陰影像として撮像できる。したがって、アライメントマーク３４の表面状態やＦＰＣ３の反り等の変形に影響されることなく常に視認性の良いアライメントマーク像が得られ、これに基づきＦＰＣ３の位置を正確に画像認識することが可能となる。

また、ＣＣＤカメラ７側に背面照明用光ファイバ８を並置したから、ＦＰＣ３が熱圧着される液晶表示パネル４の位置を画像認識する際には、図３（ｂ）に示されるようにＡＣＦ９が覆い被さったアライメントマーク４５を障害物の無い背面から充分な光量で照射できる。このとき、熱圧着ツール内蔵の正面照射用光ファイバ１６から照射されＦＰＣ３を透過した光も、ある程度ＡＣＦ９を透過してアライメントマーク４５を照射する。したがって、背面照明用光ファイバ８からの充分な反射光に正面照射用ファイバ１６からの透過光が加味された良好な照明バランスの下、ＩＴＯ（indium tin oxide）等の透明導電材料で形成されたアライメントマーク４５であってもＣＣＤカメラ７により常に視認性の良い画像を撮像でき、これに基づき液晶表示パネル４の位置を正確に画像認識することが可能となる。

そして、ＦＰＣ３のアライメントマーク３４に基づく位置と、液晶表示パネル４のアライメントマーク４５に基づく位置とが、それぞれ、各アライメントマーク３４、４５の形成状態やＦＰＣ３と液晶表示パネル４の変形具合等に影響されず常に正確に画像認識されることにより、両者を導通不良等の不具合を発生させることなく正確且つ確実に熱圧着により導通接合することができる。

次に、本発明の他の実施形態について、図４に基づき説明する。なお、上記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の熱圧着ツール１０は、上記実施形態の熱圧着ツール１を、正面照射用光ファイバ１６がそれぞれ設けられた一対の照明部１０１、１０１と吸着管１４が設けられたワーク吸着部１０２とに着脱可能に分割したものである。この場合、ヒータ１３は分割されず、ワーク吸着部１０２に貫通挿着され、この両側面から突出する両端部が各照明部１０１に設けられた貫通孔（不図示）に挿通されている。その他の構成は、上記実施形態と同じである。

このように構成された本実施形態の熱圧着ツール１０によれば、製造すべき液晶表示モジュールの機種が変更され、アライメントマーク位置や接続端子アレイ部の長さが異なっても、熱圧着装置全体を交換せずにワーク吸着部１０２を変更するだけで柔軟に対応することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明の熱圧着装置では、背面照明用の光ファイバを省略することが可能である。すなわち、ワークと被圧着ワークの各アライメントマークの形状を互いに重ならない形状とし、熱圧着ツール側から充分な光量で照射する構成とした場合や、先に被圧着ワーク（上記実施形態においては液晶表示パネル）のアライメントマークをワークを吸着していない熱圧着ツール側からの照射光による透過像で画像認識し、この後、一旦被圧着ワークを退避させ熱圧着ツールにワークを吸着させてこのアライメントマークを同様に熱圧着ツール側からの照射光による透過像で画像認識する手順とした場合等においては、背面照明用光ファイバを省略できる。

また、熱圧着ツールに対するワークの位置認識を熱圧着接合ステーションとは別のステーションで行う製造プロセスに本発明を適用する場合、被圧着ワークを熱圧着接合ステーションに対して進退させる必要がなくなり、被圧着ワークを支持するメインテーブルの機構が簡素化される。

加えて、本発明の熱圧着ツールは及びこれを用いた熱圧着装置は、液晶表示パネルとＦＰＣの熱圧着接合工程に限らず、光透過性のワーク同士を熱圧着接合する工程に広く適用できることは勿論である。

本発明の一実施形態であるＦＰＣと液晶表示パネルとの熱圧着接合工程を段階毎に示す工程説明図で、（ａ）はＦＰＣの位置の画像認識段階を示し、（ｂ）は熱圧着段階を示している。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、前記熱圧着接合工程で用いられる熱圧着ツールを示す正面図と底面図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、前記熱圧着ツールにより熱圧着接合されるＦＰＣと液晶表示パネルを示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の他の実施形態としての熱圧着ツールを示す正面図と底面図である。

符号の説明

１ 熱圧着ツール
１１ 本体
１２ 押圧ヘッド
１２１ 圧接面（先端面）
１３ ヒータ
１４ 吸気管
１５ チューブ
１６ 正面照射用光ファイバ
２ 駆動機構
３ ＦＰＣ
３１ ベースシート
３２ 配線パターン
３３ 絶縁保護膜
３４ アライメントマーク
４ 液晶表示パネル
４１、４２ ガラス基板
４３ ドライバチップ
４４ 入力配線パターン
４５ アライメントマーク
５ サブテーブル
６ メインテーブル
６１ 棚部
７ ＣＣＤカメラ
８ 背面照明用光ファイバ
９ ＡＣＦ
１０ 熱圧着ツール
１０１ 照明部
１０２ 吸着部

Claims (4)

1. ワークに圧接させる平面と、前記平面を所定温度に加熱するヒータと、前記ワークに設置されているアライメントマークに対する照明光を導く導光体と、前記平面にワークをバキューム吸着するための吸気管と、を備え、前記ワークに対して進退自在に駆動される熱圧着ツールと、
   前記導光体を介して照射する光を射出する光源と、
   前記熱圧着ツールに吸着保持されたワークが熱圧着される被圧着ワークを支持するための光透過性材料からなる支持台と、
   前記支持台の前記熱圧着ツールとは反対側に設置され、前記熱圧着ツールの導光体から出射され前記ワーク及び前記被圧着ワークの互いに対応する各アライメントマークのうちのいずれか一方或いは双方を照射し、前記支持台を透過した光を受けて前記各アライメントマークを撮像する画像認識用カメラと、
   を有することを特徴とする熱圧着装置。
2. 前記導光体はセラミックスからなる光ファイバを束ねて形成された光ファイババンドルであることを特徴とする請求項１に記載の熱圧着装置。
3. 前記吸気管が設けられたワーク保持部と、前記導光体が設けられたワーク照明部とが、着脱可能に分割されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱圧着装置。
4. 前記支持台の前記熱圧着ツールとは反対側に設置され、前記アライメントマークを照射する背面照射手段を、更に備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の熱圧着装置。

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