JP5314523B2 - 基板の貼合せ装置及び方法、並びに、基板貼合せヘッド - Google Patents

Description

本発明は、表面に配線電極パターンが形成された基板同士を、硬化性樹脂を用いて貼合せをする、基板の貼合せ装置及び方法に関する。

表面に配線電極パターンが形成された基板の上に、電子回路が形成された半導体チップや基板を実装する装置及び方法は、従来より広く用いられている。さらに近年では、前記半導体チップや基板上の配線電極パターンの狭ピッチ化に伴い、電極接合部分の半田付けだけでは十分な強度が確保出来なくなっているため、接合部分の周囲に硬化性樹脂を流し込んで硬化させ、接合強度を向上させる、アンダーフィル工法が用いられている。

配線電極パターンの狭ピッチ化が進み、高い実装精度が要求される一方で、前記半導体チップや基板の大型化・大面積化が進み、基板の上に比較的広い面積の基板を実装するようになってきている。

基板の上に基板を貼り合わせると、各々の基板の材料や厚み、製作段階での熱履歴など
が異なるため、温度変化によって個々の基板に反りが生じた際に反り具合が異なり、接合面には必要以上の外力（以下、ストレス）がかかる。このストレスが継続して繰り返し生じることにより、基板上や基板内部の配線パターンにもストレスがかかり、配線の断裂や破断、接合面の剥離といった、製品の故障に繋がる。

前記アンダーフィル工法などの、硬化性樹脂による基板同士の貼り合わせは、前記温度変化によって個々の基板の反り具合が異なる問題を解決するために有効な技術であり、製品の故障を防止出来る。

基板同士の貼合せにおいて、接合部分やその周辺に硬化性樹脂を塗布し、基板を押圧することにより貼合せをする装置や方法が、従来より用いられている。硬化性樹脂を塗布した第１の基板上に、第２の基板の貼合せをする場合、前記基板の少なくとも一方の表面にうねりなどがあると、お互いの基板間に空気の気泡（以下、ボイド）が混入してしまう場合がある。混入してしまった前記ボイドは、周りを粘度の高い硬化性樹脂で囲まれているため、前記基板を押圧したとしても、完全に除去することが困難である。

ここでいう、硬化性樹脂とは、常温では流動性を保つが、加熱により硬化する熱硬化性樹脂や、紫外線などの光を照射する前は流動を保つが、紫外線などの光を照射するすることにより硬化する紫外線硬化樹脂もしくは光硬化樹脂などを含み、はじめは流動性を保っているが、物理的変化や化学反応などにより硬化する特性を持つ樹脂を意味する。

前記ボイドが混入すると、電極と、ボイド中に含まれる窒素、酸素、水分や不純物などとが化学反応を起こし、電極が腐食する原因となる。また、前記ボイドが混入すると、基板の温度変化が生じた場合に、前記基板材料と前記ボイド部分とでは熱膨張係数が異なるため、基板の変形の程度が異なる。前記温度変化による基板の変形の程度の異なりは、前記基板上の配線電極パターンや、前記基板同士の接合面に、ストレスを生じさせる原因となる。前記ストレスが生じると、配線の断裂や破断、接合面の剥離といった、製品の故障に繋がる。

したがって、基板の貼合せを行う際にボイドの混入を防ぐことは、製品の故障を防ぐために必要なことである。

特許文献１によれば、複数の保持子を用いて、有機ＥＬ素子形成基板に硬化性樹脂で保護基板を貼り合わせる方法が開示されている。この方法によれば、気泡が発生しにくい貼合せが可能で、硬化性樹脂の膜厚は所定の厚さで均一となる。

特許文献２によれば、基板を凸面状に反らせて樹脂接着剤に接触させ、凸面の頂部から外周領域に向けて順次平坦形状に戻し、基板を接着するＥＬ表示装置の製造方法が開示されている。この方法によれば、気泡を巻き込まずに全面を接着することが出来る。

特開２００５−３１７２７３号 特開平１１−２８３７３９

有機ＥＬの基板のように、一方の基板表面上に形成された配線電極パターンと外気とを遮断する場合、基板を貼り合わせる際のボイドの混入を防ぐことに重点を置けば良い。そのために、基板の貼合せのために硬化性樹脂を多く使うことが出来、ボイドの混入を防ぐことも容易である。

しかし、配線電極パターンが形成された基板同士を貼合せする場合、対向する基板上の全ての配線電極パターン同士を確実に接触させることが必要で、かつ前記配線電極パターンの接触面積を増やすことが望ましい。したがって、絶縁物質である硬化性樹脂を多く使用することは、接触不良に繋がる恐れがあるため、好ましくない。

もし表面にうねりがある基板同士を貼合せすると、対向する配線電極パターンの間に絶縁物質である硬化性樹脂が残ってしまい、対向する電極間の通電を妨げ、製品として正常に動作しなくなる可能性が高くなる。したがって、表面にうねりがある基板同士を貼り合わせる場合は、ボイドの進入を防ぎつつ、硬化性樹脂を適切に除去しながら、貼合せを行う必要がある。

また、ボイドの混入を防ぐために絶縁物質である硬化性樹脂を多く使用し、配線電極パターン同士を確実に密着させようとすると、基板同士を相当な力で押圧したり、押圧の時間を増やしたりする必要が出てくる。もし、押圧の圧力が増すと、基板に必要以上の圧縮応力が加わり、基板や配線電極パターンにクラックを生じる恐れがある。もし、押圧の時間が増えると、所定の時間で処理出来る枚数が減ってしまい、生産性が低下することになる。

ボイドの混入を防ぐことだけでなく、再加圧の仕方についても、十分に気を配る必要がある。複数の保持子による押し付けでは、基板全体に均一な荷重が加わらず、接触面積のばらつきが生じてしまう。また、周囲のみを保持した保持機構では、中央部の荷重が不足し、接触面積を増加させることが出来ないだけでなく、周辺部の加重が大きくなってしまい基板の破損に繋がる恐れがある。

先ず始めにボイドのない貼合せをした後、別の工程で再加圧する方法もあるが、一度加わった荷重が解放されてしまうと、その時に硬化性樹脂が電極間に入り込んでしまい、再加圧しても硬化性樹脂を除去しきれないといった不具合が生じる。

したがって従来技術では、配線電極パターンが形成された基板同士を、ボイドの混入を防ぎながら貼り合わせることは、非常に困難であった。

そこで本発明の目的は、硬化性樹脂の塗布量を最小限に抑えながら、ボイドの混入を防いで、配線電極パターンが形成された比較的広い面積の基板全面に対して、対向する配線電極パターン同士の接触面積を増やして貼り合わせる装置及び方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
表面に配線電極パターンが形成された第一の基板と、表面に配線電極パターンを有する第二の基板とを、お互いの前記電極配線パターン同士を対向させて、貼合せをする装置において、
少なくともその一面が開口した筐体と、当該筐体の開口部を塞ぐように取り付けられた弾性体を有し、内部が空気室となった容器構造のバルーンヘッド部を備え、
前記バルーンヘッド部の弾性体には前記第二の基板を保持する手段を備え、
前記バルーンヘッド部には、筐体内部の前記空気室の圧力を調整するための圧力調節手段と接続された空気室連通ポートが接続されており、
前記バルーンヘッド部の弾性体の面を変形させて前記第二の基板を保持した状態でたわませる手段を備え、
前記第一の基板もしくは前記第二の基板の少なくとも一方には硬化性樹脂が塗布されており、
前記第一の基板と前記第二の基板とを近接させる手段を備え、
前記バルーンヘッド部は、前記筐体の弾性体の面にかかる圧力により前記第二の基板を前記第一の基板に向かって押圧させる構造を備えた
ことを特徴とする、基板の貼合せ装置である。

請求項２に記載の発明は、
前記バルーンヘッド部の内部には、前記弾性体の面を変形させて前記第二の基板を保持した状態でたわませる基板変形手段を備え、
前記空気室の圧力を調整することにより前記弾性体の面が変形する構造を備えており、
前記第二の基板を前記第一の基板に押圧させた時に、前記第二の基板を前記第一の基板の表面形状にならわせる構造を備えた
ことを特徴とする、請求項１に記載の基板の貼合せ装置である。

請求項３に記載の発明は、
前記第二の基板を前記第一の基板に押圧させた状態で、前記硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の基板の貼合せ装置である。

請求項４に記載の発明は、
表面に配線電極パターンを有する第一の基板と、表面に配線電極パターンを有する第二の基板とを、お互いの前記電極配線パターン同士を対向させて、貼合せをする方法において、
少なくともその一面が開口した筐体と、当該筐体の開口部を塞ぐように取り付けられた弾性体を有し、内部が空気室となった容器構造のバルーンヘッド部を用い、
前記バルーンヘッド部の弾性体の面で前記第二の基板を保持するステップと、
前記バルーンヘッド部の弾性体の面を変形させて前記第二の基板を保持した状態でたわませるステップとを有し、
前記第一の基板もしくは前記第二の基板の少なくとも一方には硬化性樹脂が塗布されており、
前記第一の基板と前記第二の基板とを近接させるステップと、
前記第二の基板を前記第一の基板の表面形状にならわせながら、前記第二の基板と前記第一の基板とを貼り合わせるステップと、
前記バルーンヘッド部の筐体の弾性体の面にかかる圧力により、前記第二の基板を前記第一の基板に向かって押圧させるステップを有することを特徴とする、基板の貼合せ方法である。

請求項５に記載の発明は、
前記第二の基板を前記第一の基板に押圧させた状態で、前記硬化性樹脂を硬化させるステップを有することを特徴とする、請求項４に記載の基板の貼合せ方法である。

請求項６に記載の発明は、
第一の基板に第二の基板を貼り合わせるための基板貼合せヘッドであって、
少なくともその一面が開口した筐体と、当該筐体の開口部を塞ぐように取り付けられた弾性体を有し、内部が空気室となった容器構造のバルーンヘッド部からなり、
前記筐体には前記空気室内の圧力を調整するための空気室連通ポートが接続されており、
前記弾性体には前記弾性体の面を用いて第二の基板を保持する手段を備え、
前記第二の基板を保持する面を変形させて、前記第二の基板をたわませる手段とを備えた
ことを特徴とする、基板貼合せヘッドである。

請求項７に記載の発明は、
前記空気室内には前記第二の基板を保持する面を変形させる基板変形手段を備え、
前記第二の基板を保持する面を変形させて、前記第二の基板をたわませる構造を有していることを特徴とする、請求項６に記載の基板貼合せヘッドである。

請求項８に記載の発明は、
前記空気室連通ポートは、前記空気室内の圧力を調節する手段と接続されており、
前記空気室内の圧力を調整して、前記第二の基板を保持する前記弾性体の面を変形させて、前記第二の基板をたわませる構造を有していることを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の基板貼合せヘッドである。

請求項９に記載の発明は、
前記第二の基板を第一の基板に押し付けた時に、前記第二の基板を前記第一の基板の表面形状にならわせ、前記第二の基板に対して均等な荷重を付与できる構造を有していることを特徴とする、請求項６〜８に記載の基板貼合せヘッドである。

本発明の基板の貼合せ装置及び方法を用いて、表面に配線電極パターンを有する基板同士を、硬化性樹脂を介して貼り合わせることより、ボイドの混入を防ぎながら、基板全面の、対向する配線電極パターン同士の接触面積を増やすことが可能となる。その結果、配線の導通に対する信頼性が向上し、導通不良による製品の故障を防ぐことが出来る。

本発明の実施形態の一例を示す斜視図。 本発明の実施形態の一例を示す主要構成機器の正面図。 本発明の実施形態の一例を示すシステム構成図。 本発明の実施形態の一例による基板貼合せの手順を示すフロー図。 （ａ）〜（ｅ）本発明の実施形態による基板貼合せ時のヘッド断面図。

本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。
［装置構成］
図１は、本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。
図２は、本発明の実施形態の一例を示す主要構成機器の正面図である。
各図において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面を水平面、Ｚ方向を鉛直方向
とする。特にＺ方向は矢印の方向を上とし、その逆方向を下と表現する。

基板の貼合せ装置１は、ステージ部２と、ヘッド部３と、トレイ搬送部４と、塗布ユニット部５と、硬化ユニット部６と、バルーンヘッド部７と、制御部９とが含まれて、構成されている。

ステージ部２は、基板の貼合せ装置１の装置ベース２０上に取り付けられた、Ｘ１軸ステージ２１と、Ｘ１軸ステージ２１上に取り付けられた、第一の基板載置テーブル２２とが含まれて、構成されている。Ｘ１軸ステージ１は、第一の基板載置テーブル２２をＸ方向に移動させることが出来る。

第一の基板載置テーブル２２の上には、第一の基板１１を載置するためのキャリア６０を載置することが出来る。キャリア６０は、第一の基板１１をハンドリングするために用いる、枠体や皿構造の部材である。キャリア６０は、一つの第一の基板１１に対して１つの場合や、複数の第一の基板１１に対して１つの場合など、種々形態があり、外形寸法を変えることなく、サイズや寸法が異なる第一の基板１１を同じ寸法の基板としてハンドリングすることが出来る役目を持っている。

キャリア６０は、第一の基板載置テーブル２２上に載置され、外力が加わっても位置がずれないように保持される。保持方法としては、平坦な面同士で接触させ、接する部分に予め溝や孔を設けておき、前記溝や孔を真空源に連通させることで、その部分を負圧吸着する方法や、第一の基板載置テーブル２２に予め溝や孔や突起物を設けておき、それに対応したキャリア６０の突起や溝や孔とをはめ込む方法や、さらに前記はめ込みの後で負圧吸着などで保持するなど、種々形態がある。

ステージ部２は、前記のような機器構成をしているので、第一の基板１１をキャリア６０を用いて基板載置テーブルに載置し、Ｘ方向に移動させることが出来る。

ヘッド部３は、装置ベース２０上に取り付けられた支柱３１と梁３２で構成された門型の構造体上に取り付けられた、Ｙ１軸ステージ３３と、Ｙ１軸ステージ３３上に取り付けられた、ヘッド上下動機構３４と、ヘッド上下動機構３４上に取り付けられた、θ軸モータ３６と、θ軸モータ３６上に取り付けられた、バルーンヘッド部７とが含まれて、構成されている。

Ｙ１軸ステージ３３は、その上に載置されたヘッド上下動機構３４をＹ方向に移動させることが可能である。また、ヘッド上下動機構３４には、モータ３５が搭載されており、θ軸モータ３６とバルーンヘッド部７とを、Ｚ方向に移動させることが可能である。

また、θ軸モータ３６は、バルーンヘッド部７をθ方向に回転させることが可能である。

トレイ搬送部４は、装置ベース４０上に取り付けられた、Ｘ２軸ステージ４１と、Ｘ２軸ステージ４１上に載置された、第二の基板載置テーブル４２と、装置ベース４０上に取り付けられた支柱４３と、支柱４３上に取り付けられた梁４４と、梁４４に取り付けられた、Ｙ２軸ステージ４５と、Ｙ２軸ステージ４５上に載置された、Ｚ２軸ステージ４６と、Ｚ２軸ステージ４６上に載置された、ハンド部４７とを含んで構成されている。

Ｘ２軸ステージ４１は、第二の基板載置テーブル４２を、Ｘ方向に移動させることができる。Ｙ２軸ステージ４５は、Ｚ２軸ステージ４６を、Ｙ方向に移動させることができる。Ｚ２軸ステージ４６は、ハンド部４７を、Ｚ方向に移動させることができる。

第二の基板載置テーブル４２上には、第二の基板１２を並べて配置させるためのトレイ４８を載置することが出来る。トレイ４８は、複数の第二の基板１２を並べ、更にトレイ４８を幾重にも重ねることで、一度にハンドリングすることが出来る構造をしている。

トレイ４８は、第二の基板載置テーブル４２上に載置され、外力が加わっても位置がずれないように保持される。保持方法としては、平坦な面同士で接触させ、接する部分に予め溝や孔を設けておき、前記溝や孔を真空源に連通させることで、その部分を負圧吸着する方法や、第二の基板載置テーブル４２に予め溝や孔や突起物を設けておき、それに対応したトレイ４８の突起や溝や孔とをはめ込む方法や、さらに前記はめ込みの後で負圧吸着などで保持するなど、種々形態がある。

トレイ搬送部４は、前記のような機器構成をしているので、第二の基板１２をトレイ４８を用いて基板載置テーブルに載置させてＸ方向に移動させると共に、ハンド部４７をＹ方向とＺ方向に移動させることが出来、第二の基板１２をピックアップ出来るようになっている。

装置ベース２０上には仮置き台２６が設置されており、トレイ搬送部４のハンド部４７でピックアップした第二の基板１２を仮置きすることが出来る。また、仮置き台２６は、仮置きされた第二の基板１２ａがバルーンヘッド部７の先端部分でピックアップ出来るように、配置されている。

仮置き台２６の上面は、略平面をなしており、表面に多数の穴や溝が設けられている。前記穴や溝は、バルブを介して真空源に連通されているので、仮置きされた第二の基板１２ａを負圧で吸着保持することが出来る。仮置きされた第二の基板１２ａは、負圧で吸着保持されるので、ハンド４７による移載時や、仮置き台２６上に載置されている間に、仮置き台２６の上面から滑り落ちることがない。

塗布ユニット部５は、ヘッド部３のＹ１軸ステージ３３上に並設された、Ｚ軸ステージ５１と、Ｚ軸ステージ５１上に取り付けられた、ディスペンサ５３とが含まれ、構成されている。Ｚ軸ステージ５１には、モータ５２が搭載されており、ディスペンサ５３が、Ｚ方向に移動可能な構造をしている。Ｚ軸ステージ５１は、Ｙ方向に移動させることが出来るため、ディスペンサ５３を、Ｙ方向とＺ方向の任意の位置に移動させることが出来る。

ディスペンサ５３は、硬化性樹脂５５を充填するシリンジと、充填された硬化性樹脂５５を押し出すピストン部と、硬化性樹脂５５を第一の基板１１上の所定の位置に塗布するためのニードル部とで構成されている。

硬化性樹脂５５として、エポキシやフェノール、メラミン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミドなどの樹脂や、前記樹脂に硬化剤を加えたものが例示出来る。

硬化性樹脂５５の成分や粘度や塗布量などの塗布条件は、所望する硬化後の強度や、貼り合わせる第二の基板１２の面積に応じて、適宜設定される。

シリンジ内の硬化性樹脂５５が無くなってくれば、適宜補充する。補充の際には、送液ラインのバルブを切り替え、加圧圧送して補充すると、シリンジ内でのボイドの発生を防止出来る。また、塗布する硬化性樹脂５５を予め脱泡処理をすることにより、塗布した後のボイドの発生を防止出来る。

図１で示す実施の形態ではヘッド部３と塗布ユニット部５とがＹ１軸ステージ３３上に並設されているが、Ｙ方向に移動出来るステージを設け、そのステージ上に塗布ユニット部５を取り付け、ヘッド部３と塗布ユニット部５とが、それぞれが別のＹ方向移動手段のに載置されていても良い。

また、ヘッド部３に、塗布ユニット部５を取り付けて、ヘッド部３と塗布ユニット部５とが一体でＹ方向に動く様にしても良い。

制御部９は、情報入力手段９１と、情報出力手段９２と、発報手段９３を含んで構成されており、外部との情報のやりとりが可能な構造をしている。

図２は、本発明の実施形態による主要機器を正面から見た図である。
硬化ユニット部６は、第一の基板載置テーブル２２の下方、Ｘ１軸ステージ２１の上に、配置されている。
硬化ユニット部６としては、ＵＶランプなどの紫外線を照射するための紫外線照射ユニットや、赤外線ヒーターなどの赤外線を照射するための赤外線照射ユニットなど、所定の波長を含む光線を照射するものが例示できる。硬化樹脂５５は、硬化ユニット部６から照射された光線を吸収し、硬化が始まる。

基板の貼合せ装置１は、前記のような構造をしているので、ヘッド部３にあるバルーンヘッド部７の先端で保持された第二の基板１２ｂを第一の基板１１に貼り付け、更には前記第二の基板１２ｂを第一の基板１１に向かって押し付け、その状態で硬化性樹脂を硬化させるために、紫外線を照射したり、加熱したりすることが出来る。バルーンヘッド部７の詳細な構造については、後述する。

第一の基板載置テーブル２２は、中央部分がくり貫かれた枠体を含んで構造されている。そのため、第１の基板１１上に第二の基板１２が貼合せされる部分は、硬化ユニット部６からの照射されるエネルギー６１が透過して照射される構造になっている。くり貫かれた部分は、単なる空間の場合だけでなく、エネルギー６１が実質的に透過出来る様な格子状や網目の補強部材や、透明材料などが組み合わされて用いられても良い。

キャリア６０は、外側の枠体とその内側に透明なガラス材料とが組み合わされた構造のものや、外側の枠体とその内側に格子状の部材が組み合わされた構造のものなどが例示出来る。

キャリア６０は、第一の基板１１の寸法や厚み、第二の基板を貼り付けるレイアウトに応じて、種々の形態をなすが、ヘッド部３からの加圧に対して十分な反力を生じさせられる構造であって、硬化ユニット部６から照射されるエネルギー６１が透過する材質もしくは、構造であれば良い。

図３に示すように、制御部９には、制御用コンピュータ９０と、情報入力手段９１と、情報出力手段９２と、発報手段９３と、情報記録手段９４と、機器制御ユニット９５とが接続されて含まれている。

制御用コンピュータ９０としては、マイコン、パソコン、ワークステーションなどの、数値演算ユニットが搭載されたものが例示出来る。
情報入力手段９１としては、キーボードやマウスやスイッチなどが例示出来る。
情報出力手段９２としては、画像表示ディスプレイやランプなどが例示出来る。

発報手段９３としては、ブザーやスピーカ、ランプなど、作業者に注意喚起できるものが例示出来る。
情報記録手段９４としては、メモリーカードやデータディスクなどの、半導体記録媒体や磁気記録媒体や光磁気記録媒体などが例示出来る。
機器制御ユニット９５としては、プログラマブルコントローラやモーションコントローラと呼ばれる機器などが例示出来る。

機器制御ユニット９５は、Ｘ１軸ステージ２１と、Ｙ１軸ステージ３３と、Ｚ１軸ステージと、θ軸モータ３６と、Ｘ２軸ステージ４１と、Ｙ２軸ステージ４５と、Ｚ２軸ステージ４６と、制御用アンプ（図示せず）を介して接続されている。

さらに、その他の制御機器（図示せず）とも接続されている。機器制御ユニット９５は、前記接続された各機器の制御用アンプに対して制御用信号を与えることにより、前記各機器を動作させたり静止させたりすることが出来るようになっている。

硬化性樹脂５５の塗布条件の設定や変更は、制御部９の制御コンピュータ９０に接続された、情報入力手段９１を用いて行われ、情報表示手段９２によって確認することが出来る。

また、設定された前記塗布条件は、制御コンピュータ９０に接続された、情報記録手段９４に登録することが可能で、適宜読み出し、編集し、変更をすることが出来る。

［基板貼合せのフロー］
図４は、基板を貼り合わせる手順をステップ毎に示した、フロー図である。
第一の基板１１を基板キャリア６０に載置し（ｓ１０１）、基板キャリア６０を第一の基板載置テーブル２２の上に載置し（ｓ１０２）、基板キャリア６０を真空吸着して保持させる（ｓ１０３）。

次に、第一の基板１１上にあるアライメントマーク（図示せず）を観察カメラ（図示せず）によって読み取り（ｓ１０４）、第一の基板１１上にあるアライメントマークの位置情報を取得する。取得した第一の基板１１上にあるアライメントマークの位置情報は、制御部９の制御用コンピュータ９０に伝送され、基板載置テーブル２２の上に載置されている第一の基板１１の位置や姿勢を演算して求めるために用いられる。

前記のようにして求められた、第一の基板１１の位置や姿勢の情報に基づいて、第一の基板１１を樹脂塗布位置に移動させ（ｓ１０５）、硬化性樹脂を所定量塗布する（ｓ１０６）。

続いて、硬化性樹脂５５が所定量塗布された第一の基板１１を、予め登録された貼合せ位置に移動させる（ｓ１０７）。

一方、第二の基板１２をトレイ４８に所定枚数だけ載置し（ｓ１１１）、トレイ４８を第二の基板載置テーブル４２の上に載置し（ｓ１１２）、トレイ４８を真空吸着して保持させる（ｓ１１３）。

次に、トレイ搬送部４の移載ハンド４７にて、第二の基板１２をピックアップし（ｓ１１４）、第二の基板１２を仮置き台２６に載置させる（ｓ１１５）。

続いて、ステージ部２のヘッド部３を移動させ、ヘッド部３のバルーンヘッド部７の先端で、仮置き台２６上に仮置きされた第二の基板１２ａを保持させる（ｓ１１６）。

バルーンヘッド部７で保持された第二の基板１２ｂの表面上にあるアライメントマーク（図示せず）を観察カメラ（図示せず）によって読み取り（ｓ１１７）、前記第二の基板１２ｂ上にある、前記アライメントマークの位置情報を取得する。取得した前記アライメントマークの位置情報は、制御部９の制御用コンピュータ９０に伝送され、基板載置テーブル２２の上に載置されている第一の基板１１の位置や姿勢を演算して求めるために用いられる。

前記のようにして求められた、第二の基板１２ｂの位置や姿勢の情報に基づいて、第二の基板１２ｂを予め登録された貼合せ位置に移動させる（ｓ１１８）。この時、第一の基板１１と第二の基板１２ｂとは、お互い位置合わせが済んだ状態で、接触し合う配線電極パターン同士が対向している。

バルーンヘッド部７の先端で保持された第二の基板１２ｂをたわませる（ｓ１２１）。
第二の基板１２ｂをたわませる機構及びフローについては、後述するバルーンヘッド部７の詳細説明で開示する。

第二の基板１２ｂをＺ方向下向きに下降させ（ｓ１２２）、第一の基板１１上に塗布された硬化性樹脂５５に接触させる（ｓ１２３）。

さらに、第二の基板１２ｂをＺ方向下向きに下降させ（ｓ１２４）、第一の基板１１にならわせる（ｓ１２５）。第二の基板１２ｂを第一の基板１１にならわせる機構及びフローについては、後述するバルーンヘッド部７の詳細説明で開示する。

さらに、第二の基板１２ｂを第一の基板１１に向けて押し込み（ｓ１２６）、第二の基板１２ｂの全面を押圧した状態で紫外線を所定時間だけ照射し（ｓ１２７）、硬化性樹脂５５を硬化させる。

硬化性樹脂５５が硬化した後は、第二の基板１２ｂの吸着保持を解除し、ヘッド部３を上昇させる（ｓ１２８）。

その後は、第一の基板１１上に設定された次の貼合せ位置に、次の第二の基板を貼り付けるために、前記と同様にして、次の第二の基板をトレイ４８からピックアップし、仮置き台２６に載置する。続いて、仮置き台２６に仮置きされた次の第二の基板をピックアップし、アライメントマークを読み取り、位置合わせをして、第一の基板に貼り付ける動作を繰り返す。

前述のようにして、第二の基板１２を、所定の枚数、第一の基板１１上に貼り合わせた後は、キャリア６０とともに第一の基板１１を第一の基板載置テーブル２２から取り外す。その後、第二の基板が未だ貼り付けされていない、次のキャリアに載置された第一の基板を第一の基板載置テーブル２２上に載置する。

第二の基板が所定枚数貼り付けられた第一の基板１１は、キャリア６０と共に基板の貼合せ装置１の外に取り出しされる。前記の取り出しされた第一の基板は、キャリア６０から取り外され、次の工程へと運ばれる。前述の工程を繰り返すことで、第二の基板が貼り付けられた第一の基板を、所望の枚数、生産することが出来る。

第二の基板１２が収納されたトレイ４８は、第二の基板を所定の枚数ピックアップすると空になるので、空のトレイは装置から取り出し、第二の基板１２が収納されている次のトレイを補充する。

［バルーンヘッド部］
図５（ａ）〜（ｅ）に、バルーンヘッド部７の内部構成を示す断面図及び、基板の貼合せ時の様子を示す。
図５（ａ）は、バルーンヘッド部７の先端で第二の基板１２ｂが保持された状態を示した図である。バルーンヘッド部７は、箱や筒状の容器構造をしており、少なくともその一面が開口した形態の筐体７０と、筐体７０の内部に配置された基板変形機構部７１と、筐体７０の前記開口部を塞ぐように取り付けられた基板保持膜７２とを含んで構成されている。

基板保持膜７２としては、ゴムや軟性樹脂などの伸縮自在な弾性材料や、金属材料と前記弾性材料とを適宜組み合わせたような、３次元方向に伸縮可能な弾性体を用いる。基板保持膜７２は、第二の基板１２ｂの平面視寸法と同一又は、より小さい場合でも実施可能であるが、第二の基板１２ｂの平面視寸法よりも大きいことが望ましい。そうすれば、仮置きされた第二の基板１２ａが仮置き台２６上に、ずれて置かれていたとしても、第二の基板１２ｂ全面が、基板保持膜７２で覆われた状態となる。

基板保持膜７２には、第二の基板１２ｂを吸引保持するための、基板保持膜連通ポート７２１が備えられており、バルーンヘッド部７の外部の吸引手段（図示せず）に切替バルブを介して接続されている。

バルーンヘッド部７の空気室７３は、筐体７０に設けられた、空気室連通ポート７３１を介して、外部の圧力調節手段（図示せず）に連通している。
前記圧力調節手段は、装置外部の圧力供給手段や減圧手段、外気と接続された切替バルブ手段を適宜含んで構成されている。

基板変形機構部７１は、シリンダ７１１と、ピストン７１２と、ピストンに取り付けられた押圧ヘッド７１３と、シリンダ７１１に連通した、ピストン押し側連通ポート７１４及びピストン引き側ポート７１５が含まれて構成されている。

ピストン押し側連通ポート７１４と、ピストン引き側ポート７１５とは、それぞれが、外部の圧力調節手段（図示せず）に連通している。
前記圧力調節手段は、装置外部の圧力供給手段や減圧手段、外気と接続された切替バルブ手段を適宜含んで構成されている。

例えば、ピストン押し側連通ポート７１４の圧力が、ピストン引き側ポート７１５の圧力よりも高くなれば、ピストン７１２がＺ方向下向きに移動する。逆に、ピストン押し側連通ポート７１４の圧力が、ピストン引き側ポート７１５の圧力よりも低くなれば、ピストン７１２がＺ方向上向きに移動する。

基板保持膜７２は、基板変形機構部７１によって、Ｚ方向下向きに押圧されたときに、変形する構造になっている。そのため、バルーンヘッド部７の先端で保持された第二の基板１２ｂを、たわませることが可能となっている。

前記動作が、前述したバルーンヘッド部７の先端で保持された第二の基板１２ｂをたわませるステップ（ｓ１２１）と対応する。

図５（ｂ）は、バルーンヘッド部７で保持された第二の基板１２ｂをたわませた状態を示した図である。

空気室７３内の圧力は、空気室連通ポート７３１が外気と連通させており、外気と同じ圧力になっている。一方、ピストン引き側連通ポート７１５を外気と連通させ、ピストン押し側連通ポート７１４は、所定の圧力（例えば０．３ＭＰａ）に加圧されている。

したがって、ピストン７１２と、ピストン７１２に連結されている押圧ヘッド７１３は、Ｚ方向下向きに移動して静止した状態になる。基板保持膜７２は、ピストン７１２が押し下げられることで変形し、同時に、保持している第二の基板１２はたわむ。この時、ピストン７１２を押し下げる力と、基板保持膜７２内部の反力と、第二の基板１２の曲げに対する反力とが釣り合った状態で、変形が止まり、均衡状態となっている。

続いて、空気室連通ポート７３１を閉じ、空気室内部を密閉状態にする。
この時、空気室７３内部に所定の圧力（例えば０．２ＭＰａ）に加圧されたエアを送り、与圧状態にしても良い。

空気室７３は、筐体７０と、基板保持膜７２とで密閉された空間であり、空気室連通ポート７３１に加圧された流体が送り込まれてくると、空気室７３の内部の圧力が外気よりも高くなり、基板保持膜７２は、外部に膨らむように変形する。空気室７３の圧力と、弾性体が変形したときに弾性体内部で生じる張力とが釣り合った状態で、基板保持膜７２の変形が止まり、均衡状態となる。

続いて、ヘッド部３をＺ方向下向きに移動（つまり、下降）させ、変形した第二の基板１２と、第一の基板１１上に塗布された、硬化性樹脂５５に接触させる。
図５（ｃ）は、前記変形した第二の基板１２と、第一の基板１１上に塗布された、硬化性樹脂５５とが接触した状態を示した図である。

引き続き、ヘッド部３を下降させて、変形した第二の基板１２と、第一の基板１１とを接触させる。
図５（ｄ）は、前記変形した第二の基板１２と、第一の基板１１上とが接触した状態を示した図である。

この時、第一の基板１１上に塗布されていた硬化性樹脂５５は、周囲に押し広げられ、第一の基板１１と第二の基板１２との間の僅かな凹凸の隙間に浸透しながら、薄く延ばされ塗布されてゆく。この時、第一の基板１１と第二１２の基板との対向する配線電極パターン同士は接触しており、ボイドの混入も防がれている。

さらに、ヘッド部３を下降させて、第二の基板１２の周辺部が、第一の基板１１と接触させる。この時、硬化性樹脂５５は第二の基板１２の周辺部の外部まで達し、第一の基板１１に向かって第二の基板１２が押し込まれ、お互いの基板のわずかな隙間を塞ぐようになる。

前記動作が、前述した、第二の基板１２を第１の基板１１にならわせるステップ（ｓ１２５）と対応する。

この時、空気室７３は密閉状態で、内部の圧力は高くなっており、第二の基板保持膜７２は第二の基板１２よりも平面視寸法が大きな弾性体であるので、保持している第二の基板１２全面に均等な力が加わる。

第二の基板１２と第二の基板保持膜７２との間に異物が混入してしまった場合でも、異物部分に押圧の力が集中することを防ぎ、第二の基板１２全面に均等な力を加えることが出来る。

この後、更に所定の圧力（例えば０．４ＭＰａ）に加圧されたエアを空気室７３内に送り込み、加圧しても良い。

図５（ｅ）は、第一の基板１１に向かって第二の基板１２が押し込まれた状態で、硬化性樹脂５５を硬化させている状態を示した図である。
紫外線照射ユニット６から、紫外線６１が照射されている状態を示した図である。
を所定時間だけ照射させる。

第二の基板１２が第一の基板１１に向かって押し込まれている状態で、紫外線照射ユニット９０から、紫外線９１を所定時間（例えば５秒）だけ照射させる。照射させる紫外線９１のエネルギー強度や照射時間は、塗布された硬化性樹脂５５の硬化特性に合わせて適宜調節されれば良い。

硬化性樹脂が紫外線９１を吸収して硬化した後、ピストン押し側連通ポート
７１４を大気開放させ、ピストン引き側連通ポート７１５に加圧エアを送り、ピストン７１２をＺ方向上向きに移動（つまり、上昇）させる。

続いて、基板保持膜連通ポート７２１を大気開放させ、場合により適宜圧縮されたエアを送り、基板の吸着保持を解除する。

その後、空気室連通ポート７３１を大気開放させ、空気室７３１の加圧状態を解除させ、バルーンヘッド部７を上昇させる。

バルーンヘッド部７は、前記の様に、容器構造の筐体からなり、少なくとも１つの面が弾性体である、基板貼合せヘッドとしての構造をしている。そのため、第二の基板１２をたわませてから、第一の基板１１に貼り合わせ、表面形状にならわせ、均等な荷重を付与することが出来る。よって、第二の基板１２を第一の基板１１に貼り合わせる際に、ボイドの混入を防ぐ事が可能になっている。

さらに、バルーンヘッド部７は第二の基板１２の変形と加圧を１つのヘッドで連続的に行うことが出来る構造になっているため、短時間で基板同士の貼り合わせを行うことが可能となる。その結果、単位時間当たりの生産数量を増やすことが出来る。

また、第二の基板１２は、前記のようにバルーンヘッド部７によって第一の基板１１に向かって押圧されるので、第一の基板１１と第二の基板１２との対向する配線電極パターンの接触面積が増える。この後、硬化性樹脂を硬化させることで、第一の基板と第二の基板との密着性は維持され、前記配線電極パターンの接触面積も維持される。その結果、導通に対する信頼性がさらに向上する。

さらに、硬化性樹脂５５に熱膨張を伴う性質を持つ材料を選択することで、高温で加熱してを硬化させた後、常温に戻すと、第一の基板と第二の基板との密着性がさらに高まる。あるいは、硬化性樹脂５５に経時的に体積が収縮する性質を持つ材料を選択することで、硬化させた後も、第一の基板と第二の基板との密着性がさらに高まる。これにより、第一の基板と第二の基板との対向する配線電極パターンの接触面積がさらに増える。その結果、導通に対する信頼性がさらに向上する。

前述した実施形態とは別に、前記ステップｓ１２１〜ｓ１２３において、第二の基板１２をＺ方向下向きに下降させて、第一の基板１１に接触する直前で前記下降を止め、その後に第二の基板１２をたわませて、前記第位置の基板１１上に塗布された硬化性樹脂５５に接触させても良い。これにより、ピストン７１２を押し下げる力と、基板保持膜７２内部の反力と、第二の基板１２の曲げに対する反力と、第一の基板１１からの反力とが釣り合い、安定した均衡状態を作ることが出来る。

そのため、ピストン７１２を押し下げる力と、基板保持膜７２内部の反力と、第二の基板１２の曲げに対する反力とが釣り合わず、第二の基板を曲げすぎて、塑性変形してしまったり、割れたりすることを防ぐ事が出来る。

前記ステップｓ１２７において、第二の基板１２の全面を押圧した状態で紫外線する時間は、前記硬化性樹脂が完全に硬化するのに必要な時間をかけることが望ましい。しかし、樹脂が完全に硬化するまでに必要な時間が長い（例えば１時間）場合、第一の基板１１と第二の基板１２の電極配線パターン同士が離れない程度の仮硬化に必要な時間（例えば５秒）だけ紫外線や加熱を行い、その後で基板を取り出し、別の装置を用いて所定の時間（例えば１時間）かけて完全硬化させても良い。

前記のように硬化性樹脂の硬化工程を、仮硬化と完全硬化とに分けることにより、本発明の装置や方法を用いて基板を貼り合わせるための時間を短縮することが出来る。こうすることで、単位時間当たりに生産出来る数量を増やすことが出来る。

前記バルーンヘッド部７の別の形態として、基板変形機構部７１を省略し、空気室７３の圧力を調節して、基板保持膜７２を変形させて、保持された第二の基板１２ｂをたわませる構造が例示できる。この構造であれば、基板変形機構部７１を省略しても、第二の基板１２ｂをたわませて、第一の基板１１に貼合せすることができる。そのため、簡単な構造で基板の貼合せをすることが出来、貼合せの際にボイドが混入することを防ぐこともことが出来る。

前記実施の形態では、硬化性樹脂を硬化させる方法として、紫外線により硬化する材料を用いて紫外線を照射させる方法や、加熱により硬化する材料を用いて加熱する方法について主に記載したが、加熱により軟化して冷却により硬化する材料を用いて加熱・冷却させる方法、加湿により硬化する材料を用いて加湿させる方法、乾燥により硬化する材料を用いて乾燥させる方法を用いたり、それぞれを適宜組み合わせたりして実施することも可能である。

紫外線により硬化する材料としては、紫外線を照射すると重合を起こして高分子の網状構造を形成し、硬化して元に戻らなくなる性質を有するもので、エポキシ樹脂、ポリチオール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂などが例示出来る。

加熱により硬化する材料としては、加熱すると重合を起こして高分子の網状構造を形成し、硬化して元に戻らなくなる性質を有するもので、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミドなどが例示出来る。

加熱により軟化して冷却により硬化する材料としては、融点まで加熱して軟化させ、その後冷却することで固化する性質を有するもので、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＰＴＦＥ、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ナイロン、ポリカーボネート、ＰＥＴなどの熱可塑性樹脂が例示出来る。

加湿により硬化する材料としては、水分を吸収して硬化する性質を有するもので、シリコン樹脂などが例示出来る。

乾燥により硬化する材料としては、材料中の水分が外部へ放出されることで固化する性質を有するもので、自然乾燥するものが例示出来る。

前記以外に硬化性樹脂５５として、外部からマイクロ波やＸ線などのエネルギー強制的にを与えることで硬化する材料も用いることが出来る。

前記実施形態とは別に、第一の基板載置テーブル２２上に載置された、キャリア６０や、第１の基板１１の位置がずれやすい場合には、Ｘ１軸ステージ２１と第一の基板載置テーブル２２との間に、第一の基板載置テーブル２２のθ方向の角度を変更させる手段を追加しても良い。この場合、第１の基板１１にあるアライメントマークの位置を読み取り、第一の基板載置テーブル２２のθ方向を調節し、第１の基板１１を所定の向きに合わせることが出来る。

前記実施形態では、キャリア６０を用いた説明をしているが、第一の基板１１がヘッド部３からの加圧に対して十分な反力を生じさせられる強度を持っており、第一の基板載置テーブル２２に直接載置することが可能であれば、キャリア６０を使用しなくても良い。

さらに別の実施形態として、第一の基板１１がロール状に巻かれたシートであっても、前記シートをキャリア６０や基板載置テーブル２２上に延ばし、平坦にさせて保持したものであれば同様に基板とみなし、本発明を用いて第二の基板１２を貼り付けることが出来る。

１ 基板の貼合せ装置
２ ステージ部
３ ヘッド部
４ トレイ搬送部
５ 塗布ユニット部
６ 硬化ユニット部
７ バルーンヘッド部
９ 制御部
１１ 第一の基板
１２ 第二の基板
１２ａ 仮置きされた第二の基板
１２ｂ バルーンヘッド部で保持された第二の基板
１２ｃ 貼合せが済んだ第二の基板
２０ 装置ベース
２１ Ｘ１軸ステージ
２２ 第一の基板載置テーブル
２６ 仮置き台
３１ 支柱
３２ 梁
３３ Ｙ１軸ステージ
３４ ヘッド上下動機構
３５ モータ
３６ θ軸モータ
４０ 装置ベース
４１ Ｘ２軸ステージ
４２ 第二の基板載置テーブル
４３ 支柱
４４ 梁
４５ Ｙ２軸ステージ
４６ Ｚ２軸ステージ
４７ ハンド部
４８ トレイ
５１ Ｚ軸ステージ
５２ モータ
５３ ディスペンサ
５５ 硬化性樹脂
６０ 基板キャリア
６１ 紫外線
７０ 筐体
７１ 基板変形機構部
７２ 基板保持膜
７３ 空気室
８０ シリンジ
８１ Ｚ軸ステージ
８２ モータ
９０ 制御用コンピュータ
９１ 情報入力手段
９２ 情報表示手段
９３ 発報手段
９４ 情報記録手段
９５ 機器制御ユニット
９６ 画像情報入力部
７１１ シリンダ
７１２ ピストン
７１３ 押圧ヘッド
７１４ ピストン押し側連通ポート
７１５ ピストン引き側連通ポート
７２１ 基板保持膜連通ポート
７３１ 空気室連通ポート

Claims (9)

1. 表面に配線電極パターンが形成された第一の基板と、表面に配線電極パターンを有する第二の基板とを、お互いの前記電極配線パターン同士を対向させて、貼合せをする装置において、
   少なくともその一面が開口した筐体と、当該筐体の開口部を塞ぐように取り付けられた弾性体を有し、内部が空気室となった容器構造のバルーンヘッド部を備え、
   前記バルーンヘッド部の弾性体には前記第二の基板を保持する手段を備え、
   前記バルーンヘッド部には、筐体内部の前記空気室の圧力を調整するための圧力調節手段と接続された空気室連通ポートが接続されており、
   前記バルーンヘッド部の弾性体の面を変形させて前記第二の基板を保持した状態でたわませる手段を備え、
   前記第一の基板もしくは前記第二の基板の少なくとも一方には硬化性樹脂が塗布されており、
   前記第一の基板と前記第二の基板とを近接させる手段を備え、
   前記バルーンヘッド部は、前記筐体の弾性体の面にかかる圧力により前記第二の基板を前記第一の基板に向かって押圧させる構造を備えた
   ことを特徴とする、基板の貼合せ装置。
2. 前記バルーンヘッド部の内部には、前記弾性体の面を変形させて前記第二の基板を保持した状態でたわませる基板変形手段を備え、
   前記空気室の圧力を調整することにより前記弾性体の面が変形する構造を備えており、
   前記第二の基板を前記第一の基板に押圧させた時に、前記第二の基板を前記第一の基板の表面形状にならわせる構造を備えた
   ことを特徴とする、請求項１に記載の基板の貼合せ装置。
3. 前記第二の基板を前記第一の基板に押圧させた状態で、前記硬化性樹脂を硬化させる
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の基板の貼合せ装置。
4. 表面に配線電極パターンを有する第一の基板と、表面に配線電極パターンを有する第二の基板とを、お互いの前記電極配線パターン同士を対向させて、貼合せをする方法において、
   少なくともその一面が開口した筐体と、当該筐体の開口部を塞ぐように取り付けられた弾性体を有し、内部が空気室となった容器構造のバルーンヘッド部を用い、
   前記バルーンヘッド部の弾性体の面で前記第二の基板を保持するステップと、
   前記バルーンヘッド部の弾性体の面を変形させて前記第二の基板を保持した状態でたわませるステップとを有し、
   前記第一の基板もしくは前記第二の基板の少なくとも一方には硬化性樹脂が塗布されており、
   前記第一の基板と前記第二の基板とを近接させるステップと、
   前記第二の基板を前記第一の基板の表面形状にならわせながら、前記第二の基板と前記第一の基板とを貼り合わせるステップと、
   前記バルーンヘッド部の筐体の弾性体の面にかかる圧力により、前記第二の基板を前記第一の基板に向かって押圧させるステップを有することを特徴とする、基板の貼合せ方法。
5. 前記第二の基板を前記第一の基板に押圧させた状態で、前記硬化性樹脂を硬化させるステップを有することを特徴とする、
   請求項４に記載の基板の貼合せ方法。
6. 第一の基板に第二の基板を貼り合わせるための基板貼合せヘッドであって、
   少なくともその一面が開口した筐体と、当該筐体の開口部を塞ぐように取り付けられた弾性体を有し、内部が空気室となった容器構造のバルーンヘッド部からなり、
   前記筐体には前記空気室内の圧力を調整するための空気室連通ポートが接続されており、
   前記弾性体には前記弾性体の面を用いて第二の基板を保持する手段を備え、
   前記第二の基板を保持する面を変形させて、前記第二の基板をたわませる手段とを備えた
   ことを特徴とする、基板貼合せヘッド。
7. 前記空気室内には前記第二の基板を保持する面を変形させる基板変形手段を備え、
   前記第二の基板を保持する面を変形させて、前記第二の基板をたわませる構造を有していることを特徴とする、請求項６に記載の基板貼合せヘッド。
8. 前記空気室連通ポートは、前記空気室内の圧力を調節する手段と接続されており、
   前記空気室内の圧力を調整して、前記第二の基板を保持する前記弾性体の面を変形させて、前記第二の基板をたわませる構造を有していることを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の基板貼合せヘッド。
9. 前記第二の基板を第一の基板に押し付けた時に、前記第二の基板を前記第一の基板の表面形状にならわせ、前記第二の基板に対して均等な荷重を付与できる構造を有している
   ことを特徴とする、請求項６〜８に記載の基板貼合せヘッド。

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