JPH09153676A - 接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下端に加熱ツールが固定された接合ヘッドを
下降させて接合部に加圧し、接合部を加熱しながら接合
する接合装置において、接合部を所定の加圧力で安定し
て加圧し、加圧力の高精度な制御ができ、特に加熱ツー
ルの接合部への進入量が変化しても常に一定の加圧力で
接合できるようにする。 【解決手段】 上下動可能に保持された加圧ブロック
と、この加圧ブロックに対して独立に上下動可能に保持
され下端に加熱ヘッドが固定されたヘッド保持ブロック
と、加圧ブロックとヘッド保持ブロックとの間に介在す
る圧力センサと、加圧ブロックをヘッド保持ブロック側
へ押圧する加圧手段と、圧力センサが検出する圧力を設
定圧とするように加圧手段の押圧力を制御する加圧制御
手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異方性導電フィル
ムを用いたりリフローソルダリング法などによって、プ
リント配線板にＩＣなどの電子部品を接合する際に用い
る接合装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化に伴い高密度実装に対
する要求が大きくなり、最近では外部回路との接続端子
間隔は０．２〜０．５ｍｍのものも要求されている。そ
こでこのような端子接続のために異方性導電フィルムが
用いられるようになった。

【０００３】この異方性導電フィルムは、導電粒子を接
着剤の中に均一に分散させた高分子膜で構成され、接続
端子間にこのフィルムを挟んで熱圧着することにより電
気的異方性を有するものである。すなわち膜の厚み方向
のみに導電性を持ち、膜の平面方向には絶縁性を持った
ものである。

【０００４】従って電子回路基板の表面に僅かな間隔を
もって並設された多数の接続端子に、フレキシブルプリ
ント配線板などの同一間隔をもった外部接続端子を両者
間にこの異方性導電フィルムを介して重ね、これらの接
続端子の重ね合せ部（接合部）を上方から熱圧着ヒータ
で加熱すれば、隣接する端子間の絶縁性を確保しつつ接
続端子の接続が可能になる。

【０００５】ここにこのフィルムを用いて熱圧着により
安定した電気的特性や接着強度を得るためには、接続面
に均一な加圧力が加わり、接続面全体が均一温度に加熱
されることが重要である。また接続面を加熱したままの
状態でヒータを離すと接着剤が固まらず接着面が剥離す
るので、接着剤が固まるまで加圧を続けることが必要で
ある。

【０００６】このような異方性導電フィルムを用いて接
続する際に使用する接合装置としては、従来より図１０
〜１２に示すものが用いられていた。図１０はこの従来
装置の正面図、図１１は一部を断面した右側面図、図１
２は加熱ツールの斜視図である。

【０００７】図１０、１１において、符号１０は固定フ
レームであり、支持台１２に固定されている。この固定
フレーム１０は支持台１２の前面から前方へ突出する箱
状であり、その左右両側のフランジ１０Ａがボルト１０
Ｂにより支持台１２に固定されている。

【０００８】この固定フレーム１０には垂直に１本のラ
ムシャフト１４が貫通している。このラムシャフト１４
はリニヤベアリング１６、１８によって固定フレーム１
０に上下動自在に保持されている。その上端はエアシリ
ンダ２０のピストンロッド２２に固定され、その下端に
は後記する接合ヘッド２４が取付けられている。このエ
アシリンダ２０には図１０に示すエアレギュレータ２６
により一定圧に制御された空気が導かれ、ラムシャフト
１４を昇降させる。

【０００９】接合ヘッド２４は、ラムシャフト１４の下
端に水平に固定された端板２８と、この端板２８の下面
に固定された平行度調整機構３０と、この平行度調整機
構３０の下に固定された加熱ツール３２とを持つ。平行
度調整機構３０は、端板２８に固定された上板３４と、
この上板３４の下面に対向する下板３６と、これら上・
下板３４、３６の間に挟持された１つの鋼球３８と、こ
の鋼球３８を囲む三角形の３つの頂点に位置して上・下
板３４、３６を結合する３本のボルト４０とを持つ。

【００１０】加熱ツール３２は、図１２に示すように略
Ｕ字状に折曲した導電性材料で作られ、そのＵ字状の折
曲部下面３２Ａを接合部に押圧して用いる。この加熱ツ
ール３２のＵ字状の溝を挟んで対向する２辺３２Ｂ、３
２Ｃには電極４２（４２Ａ、４２Ｂ）が固定されてい
る。これら電極４２は下板３６の下面に固定された共通
の絶縁ブロック４４に固定されている。

【００１１】これらの電極４２Ａ、４２Ｂには電源（図
示せず）から電流が供給され、この電流が加熱ツール３
２の２辺３２Ｂ、３２Ｃ間に流れることによってＵ字状
の折曲部下面３２Ａが発熱する。

【００１２】固定フレーム１０内にはラムシャフト１４
による押圧力を制御するための圧力調整機構４６が収容
されている。この機構４６は、固定フレーム１０の内部
にラムシャフト１４と平行に固定されたガイドロッド４
８と、このガイドロッド４８上を上下動するリニヤベア
リング５０に保持されると共にラムシャフト１４に固定
された水平なアンチプレート５２と、このアンチプレー
ト５２の下面に当接・離隔するコイルばね５４とを持
つ。なおコイルばね５４はガイドロッド５６によって起
立位置に保持されている。

【００１３】従ってエアシリンダ２０によりラムシャフ
ト１４を所定の圧力で押し下げれば、アンチプレート５
２が一体となって下降する。そしてアンチプレート５２
がコイルばね５４に当接するとその後はコイルばね５４
を圧縮しつつ下降する。

【００１４】一方この接合ヘッド２４の下方には接合部
５８が位置する。すなわちプリント配線基板６０の接続
端子６２と、これに接続するフレキシブルプリント配線
板６４の接続端子６６との間に、異方性導電フィルム６
８を挟むことにより接合部５８が形成される。接合ヘッ
ド２４を下降させれば、加熱ツール３２の折曲部下面３
２Ａはこの接合部５８を押圧する。この状態で加熱ツー
ル３２に通電すれば発熱し、接合部５８の異方性導電フ
ィルム６８により接続端子６２と６６とを接続できる。
この状態で加熱ツール３２の通電を停止すれば加熱ツー
ル３２が冷えて接着面が固まる。その後接合ヘッド２４
を上昇させれば接合が終了する。

【００１５】なお加熱ツール３２の傾きは、平行度調整
機構３０により調整できる。すなわち３本のボルト４０
を順に調整することにより、下板３６の上板３４に対す
る傾きを調整することができる。また加熱ツール３２の
接合部５８に対する押圧力は、エアシリンダ２０に供給
する空気圧を変えることにより調整することができる。

【００１６】

【従来の技術の問題点】この従来装置においては、接合
ヘッド２４やラムシャフト１４などの可動部分の荷重を
コイルばねで受けることにより相殺し、エアシリンダ２
０の圧力だけが加熱ツール３２に加わるようにしてい
る。しかし加熱ツール３２が接合部５８を押圧する上下
方向の位置が僅かに変化すると、コイルばね５４の圧縮
長さも変化するため、加熱ツール３２の加圧力も変化し
てしまうという問題があった。

【００１７】またエアシリンダ２０を用いているため、
空気圧の変動がそのまま加熱ツール３２の加圧力の変動
となるばかりでなく、空気圧の細かい制御が困難であ
る。このため加圧力の精密な制御が困難であった。

【００１８】さらに接合部５８は、加熱ツール３２の加
圧および加熱によって陥没し、加熱ツール３２が接合部
５８の中に進入する。この加熱ツール３２の進入量は予
測が困難であり、この場合の加圧力の調整は非常に困難
であった。

【００１９】また接合ヘッド２４の傾きを調整する平行
度調整機構３０は、鋼球３８を中心にした３本のボルト
４０を調整するものであるが、これら複数のボルト４０
は互いに調和をとりながら調整する必要がある。また一
部のボルト４０を締めすぎると上・下板３４、３６が湾
曲するなどの歪みが発生し、加熱ツール３２の接合部５
８に対する平行度に悪影響が生じ易い。また調整が変化
すると同じ状態を再現させるのは非常に困難でもあっ
た。

【００２０】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、接合部を所定の加圧力で安定して加圧する
ことができ、加圧力の高精度な制御が可能になり、特に
加熱ツールの接合部への進入量が変化しても常に一定の
加圧力で接合することができる接合装置を提供すること
を目的とする。

【００２１】また加熱ツールの接合部に対する平行度を
簡単かつ高精度に調整することができる平行度調整機構
を有する接合装置を提供することを他の目的とする。

【００２２】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、下端に加熱
ツールが固定された接合ヘッドを下降させて接合部に加
圧し、接合部を加熱しながら接合する接合装置におい
て、上下動可能に保持された加圧ブロックと、この加圧
ブロックに対して独立に上下動可能に保持され下端に前
記加熱ヘッドが固定されたヘッド保持ブロックと、前記
加圧ブロックとヘッド保持ブロックとの間に介在する圧
力センサと、前記加圧ブロックを前記ヘッド保持ブロッ
ク側へ押圧する加圧手段と、前記圧力センサが検出する
圧力を設定圧とするように前記加圧手段の押圧力を制御
する加圧制御手段とを備えることを特徴とする接合装
置、により達成される。

【００２３】ここに加圧ブロックとヘッド保持ブロック
とを一定距離以上に離れないように連結しておけば、ヘ
ッド保持ブロックの上昇により加圧ブロックも接合部か
ら離隔することができる。加圧ブロックを加圧する手段
（加圧手段）は、モータにより回転されるウォーム歯車
軸と、この軸が螺合するナットとを備え、このナットを
加圧ブロックに固定した構造（送りねじ構造）のものが
適する。特にここに用いるナットはボール循環式のボー
ルナットとすれば動きが円滑になる。

【００２４】圧力センサは歪みゲージを用いるのがよ
い。例えば一端を加圧ブロックとヘッド保持ブロックと
のいずれか一方のブロックに固定し他端を他方のブロッ
クに当接させた略水平なゲージブロックを設け、このゲ
ージブロックに加わる歪みをここに貼り付けた歪ゲージ
によって検出し、加圧力に変換する構造のものとするこ
とができる。

【００２５】本発明の他の目的は、接合ヘッドを、ヘッ
ド保持ブロックに水平に固定された上板と、この上板に
１つの球面継手によって連結された下板と、この球面継
手を囲む三角形の１つの頂点にあってこれら上・下板の
間隔を拡げる弾性体と、前記三角形の他の２つの頂点に
あって上・下板間隔を調整する２つのマイクロメータと
で形成し、前記加熱ツールを前記下板の下面に固定した
請求項１の接合装置、により達成される。

【００２６】

【発明の実施態様】図１は本発明の一実施態様の正面
図、図２は図１におけるII-II線断面図、図３は同じくI
II-III線断面図、図４は一部の背面図、図５は圧力セン
サ付近の分解斜視図、図６は平行度調整機構を一部断面
して示す正面図、図７は同じく右側面図、図８は平面
図、図９は加圧手段の制御系統などを示すブロック図で
ある。

【００２７】図１、２において符号１００は枠状の固定
フレームであり、支持台１０２に固定されている。この
固定フレーム１００内には左右一対のガイドロッド１０
４（１０４Ａ、１０４Ｂ）が保持されている。これらの
ガイドロッド１０４には、図５によっても明らかなよう
に、加圧ブロック１０６とヘッド保持ブロック１０８と
がそれぞれリニヤベアリング１１０、１１２によって上
下動自在に保持されている。

【００２８】加圧ブロック１０６にはボールナット１１
４が固定され、ここにはウォーム歯車軸１１６が螺合し
ている。このウォーム歯車軸１６の下端は固定フレーム
１００の下壁に軸受１１８で支持される一方、その上端
は固定フレーム１００の上壁を貫通して上方へ突出して
いる。このウォーム歯車軸１１６の上端には、カップリ
ング１２０、減速機１２２、カップリング１２４を介し
て電動モータ１２６が接続されている。従ってこのモー
タ１２６の正逆転により加圧ブロック１０６が昇降す
る。

【００２９】加圧ブロック１０６の右端には、ゲージブ
ロック１２８の右端がボルト止めされている。このゲー
ジブロック１２８の左端の下面には突起１３０が設けら
れ、この突起１３０がヘッド保持ブロック１０８の左端
に上方から当接している。ゲージブロック１２８は左右
両端を残して中間部分に左右方向に長い切込みが設けら
れ、この切込みの内面に歪ゲージ１３２が貼り付けられ
ている。これらゲージブロック１２８と歪ゲージ１３２
とは、加圧ブロック１０６による加圧力を検出する圧力
センサを形成するものである。

【００３０】加圧ブロック１０６とヘッド保持ブロック
１０８とは、連結ボルト１３４により連結されている。
このボルト１３４は加圧ブロック１０６を遊動自在に上
から貫通し、その下端がヘッド保持ブロック１０８に螺
入され固定されている。従って両ブロック１０６、１０
８はこのボルト１３４の長さの範囲では自由に近接・離
隔する。

【００３１】ヘッド保持ブロック１０８の下面には、２
本の連結ロッド１３６、１３６の上端が固定されてい
る。連結ロッド１３６は固定フレーム１００の下壁を貫
通して下方へ延び、これらの下端に端板１３８が固定さ
れている。この端板１３８の下面に接合ヘッド１４０が
固定されている。この接合ヘッド１４０は平行度調整機
構１４２を介して加熱ツール１４４を保持する。

【００３２】この平行度調整機構１４２は図６、７、８
に示すように１つの玉継手１４６によって互いに連結さ
れた上板１４８および下板１５０を持つ。これら上・下
板１４８、１５０は、この玉継手１４６を囲む三角形の
１つの頂点に位置し、上・下板１４８、１５０間に縮装
された１つのコイルばね１５２と、他の２つの頂点に位
置する２つのマイクロメータ１５４とによって傾きが調
整可能になっている。すなわちマイクロメータ１５４の
ボデー１５４Ａは下板１５０に固定され、そのスピンド
ル１５４Ｂが上板１４８に下から当接している。

【００３３】従ってマイクロメータ１５４のボデー１５
４Ａに設けた調整リングを回転してスピンドル１５４Ｂ
の突出量を変化させれば、下板１５０は玉継手１４６を
中心にして任意の方向へ傾きを変化させることができ
る。なお下板１５０には絶縁ブロック１５６および電極
１５８（１５８Ａ、１５８Ｂ）を介して加熱ツール１４
４が取付けられている。

【００３４】このように２つのマイクロメータ１５４
と、１つのコイルばね１５２とで下板１５０の傾きを調
節するから、下板１５０と上板１４８との間に無理な力
が作用することがなく、マイクロメータ１５４の目盛り
を確認することにより所定の傾きに容易に調整すること
ができる。

【００３５】なお固定フレーム１００の背面には縦に２
本の支柱１６０、１６２が固定され、これらには加圧ブ
ロック１０６の上下限位置を検出する光学式リミットス
イッチ１６４、１６６、１６８が固定されている。加圧
ブロック１０６には後方に突出する２本の足に遮板１７
０が垂直に固定され、この遮板１７０がリミットスイッ
チ１６４、１６６、１６８の検出スリット内に進退する
ことにより加圧ブロック１０６の位置が検出される。す
なわちリミットスイッチ１６４は上限位置を、リミット
スイッチ１６６は下限位置を、リミットスイッチ１６８
は原点位置をそれぞれ検出する。

【００３６】この接合装置を使用する際には、図示しな
いスタートスイッチを押すことによりモータ１２６を回
転させ、加圧ブロック１０６を下降させる。加熱ツール
１４４が接合部に当接するとヘッド保持ブロック１０８
の下降が止まり、加圧ブロック１０６だけがさらに下降
する。そして加圧ブロック１０６と共にゲージブロック
１２８も一体に下降し、その突起１３０がヘッド保持ブ
ロック１０８に当接してその後はこのヘッド保持ブロッ
ク１０８を加圧することになる。

【００３７】この加圧力によりゲージブロック１２８が
僅かに湾曲し、この時の歪みが歪ゲージ１３２によって
検出される。この歪みと加圧力との間には一定の関係が
成立するから、この関係を予め記憶しておくことによ
り、加圧力を求めることができる。図９の圧力検出手段
２００はこの関係式を予めメモリし、歪ゲージ１３２の
出力から加圧力を検出する。

【００３８】この検出した加圧力は、比較器２０２にお
いて設定器２０４により設定された設定圧と比較され、
加圧力がこの設定圧になるまでモータ１２６を同じ方向
へ回転させる。そして加圧力が設定圧になると、比較器
２０２は加圧制御手段２０６によってモータ１２６を停
止させると共に、タイマ２０８をスタートさせる。

【００３９】一方この比較器２０２は加圧力が設定圧に
なると、加熱制御手段２１０によって加熱ツール１４４
に電流を流し、発熱させる。この通電時間はタイマ２１
２で積算され、一定時間が経つと通電を止め、加熱ツー
ル１４４を冷やす。その後他のタイマ２０８の設定時間
が経つと加圧制御手段２０６はモータ１２６を逆転さ
せ、加圧ブロック１０６を上昇させる。従ってヘッド保
持ブロック１０８も連結ボルト１３４によって引き上げ
られ、加熱ツール１４４が接合部から離れる。

【００４０】なおこの実施例では、加圧の終了をタイマ
２０８の設定時間により求めている。しかし加熱ツール
１４４に温度センサを設けておき、この加熱ツール１４
４が一定温度以下になったら加圧を終了させ、加圧ブロ
ック１０６を上昇させるようにしてもよい。

【００４１】この実施例は加圧ブロック１０６を上下動
させるのにボールナット１１４とウォーム歯車軸１１６
を用いているので、モータ１２６による加圧ブロック１
０６の昇降が円滑に行われ得る。しかしボールナット１
１４に代えて通常のナットを用いたり、他の加圧手段を
用いたものであってもよい。また圧力センサは歪ゲージ
１３２を用いているので、極めて精度の高い圧力検出が
可能になる。しかし他の圧力センサであってもよい。

【００４２】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、加圧ブ
ロックによる加圧力を圧力センサで検出し、この加圧力
を設定圧にするように圧力制御手段によって制御するも
のであるから、加圧力を高精度に制御することができ、
加熱ツールの接合部への進入量が変化しても常に一定の
圧力で接合することができる。

【００４３】ここに加圧ブロックとヘッド保持ブロック
とは、両者を一定距離内に保ちつつこの距離内ではそれ
ぞれの独立した上下動を許容する連結手段により連結す
れば、加圧ブロックの上昇によりヘッド保持ブロックも
上昇させて接合部から加熱ツールを容易に離すことがで
き、構成が簡単になる（請求項２）。

【００４４】加圧ブロックを押下する加圧手段は、ナッ
トとウォーム歯車軸とを用いる送りねじ構造とするのが
望ましく、この場合ボールナットを用いれば一層作動が
円滑になる（請求項３）。圧力センサは、加圧により僅
かに歪むゲージブロックの歪みを歪ゲージで検出するよ
うにすれば、極めて精度の高い圧力検出が可能になる
（請求項４）。

【００４５】さらに接合ヘッドには平行度調整機構を設
け、これを玉継手などの球面継手でつないだ上・下板
と、この継手を囲む三角形の１つの頂点にあって上・下
板間に縮装された弾性体と、他の２つの頂点にあって上
・下板の間隔を調整するマイクロメータとで構成するこ
とができる（請求項５）。この場合には上・下板に無理
な力が加わることがなく、上・下板の歪みが発生しない
から加熱ツールの接合部に対する平行度に悪影響が生じ
なくなり、またマイクロメータの目盛を合せることによ
り同じ状態を容易に再現でき、再現性が良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様の正面図

【図２】図１におけるII-II線断面図

【図３】同じくIII-III線断面図

【図４】一部の背面図

【図５】圧力センサ付近の分解斜視図

【図６】平行度調整機構を一部断面して示す正面図

【図７】同じく右側面図

【図８】平面図

【図９】加圧手段の制御系統などを示すブロック図

【図１０】従来装置の正面図

【図１１】その一部を断面した右側面図

【図１２】加熱ツールの斜視図

【符号の説明】

１０、１００ 固定フレーム １２、１０２ 支持台 １０６ 加圧ブロック １０８ ヘッド保持ブロック １１４ ボールナット １１６ ウォーム歯車軸 １２８ ゲージブロック １３２ 歪ゲージ １３４ 連結ボルト １４０ 接合ヘッド １４２ 平行度調整機構 １４６ 球面継手としての玉継手 １４８ 上板 １５０ 下板 １５２ 弾性材としてのコイルばね １５４ マイクロメータ ２００ 圧力検出手段 ２０２ 比較器 ２０４ 圧力設定器 ２０６ 加圧制御手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下端に加熱ツールが固定された接合ヘッ
   ドを下降させて接合部に加圧し、接合部を加熱しながら
   接合する接合装置において、上下動可能に保持された加
   圧ブロックと、この加圧ブロックに対して独立に上下動
   可能に保持され下端に前記加熱ヘッドが固定されたヘッ
   ド保持ブロックと、前記加圧ブロックとヘッド保持ブロ
   ックとの間に介在する圧力センサと、前記加圧ブロック
   を前記ヘッド保持ブロック側へ押圧する加圧手段と、前
   記圧力センサが検出する圧力を設定圧とするように前記
   加圧手段の押圧力を制御する加圧制御手段とを備えるこ
   とを特徴とする接合装置。
2. 【請求項２】 前記加圧ブロックとヘッド保持ブロック
   とは、両者の距離を一定以下に保ちつつこの一定距離以
   内ではそれぞれの独立した上下動を許容する連結手段に
   よって連結されている請求項１の接合装置。
3. 【請求項３】 加圧手段は、加圧ブロックを上下方向に
   貫通して回動自在に保持されたウォーム歯車軸と、加圧
   ブロックに固定され前記ウォーム歯車軸が螺合するナッ
   トと、前記ウォーム歯車軸を正逆両方向に回転駆動する
   モータとを有する請求項１の接合装置。
4. 【請求項４】 圧力センサは、一端が加圧ブロックとヘ
   ッド保持ブロックとの一方のブロックに固定され他端が
   他方のブロックに当接する略水平なゲージブロックと、
   このゲージブロックの歪みから加圧力を検出する歪ゲー
   ジとを有する請求項１の接合装置。
5. 【請求項５】 接合ヘッドは、ヘッド保持ブロックに水
   平に固定された上板と、この上板に１つの球面継手によ
   って連結された下板と、この球面継手を囲む三角形の１
   つの頂点にあってこれら上・下板の間隔を拡げる弾性体
   と、前記三角形の他の２つの頂点にあって上・下板間隔
   を調整する２つのマイクロメータとを持ち、前記加熱ツ
   ールは前記下板の下面に固定されている請求項１の接合
   装置。