JPH09266233A - 熱圧着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定温度に温度管理されたヒータブロックに
板状の治具を載せ、この上に配線基板と異方性導電膜と
被圧着物とを順に重ね、この被圧着物の上にパルス状電
流により加熱される直線状の長いヒータツールを圧接し
て、配線基板と被圧着物とを熱圧着する熱圧着装置にお
いて、ヒータブロックの温度を過度に上げることなく、
治具表面温度を速やかに上昇させて立上げ時間を短く
し、装置の稼働率を高め、またヒータツールの熱を有効
に異方性導電膜に伝えて信頼性の良い熱圧着を可能にす
る。 【解決手段】 板状の治具の熱伝導率をヒータブロック
側で大とし配線基板側で小とした。ここに治具は２種以
上の熱伝導率が異なる複数の板状部材を密着させて積層
したものとすることができる。例えばアルミニウム板と
ステンレススチール板とを重ねたものとすることができ
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、配線板に異方性導
電膜を介在させて電子回路の接続端子等を熱圧着する際
に使用する熱圧着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子機器の小型、軽量、薄型
化に伴って超高密度実装技術が進展している。例えば液
晶パネル等の端子と外部回路の接続端子との接続に際し
ては、その接続端子の間隔はますます狭くすることが要
求され、接続端子のピッチは０．２〜０．５ｍｍあるい
はそれよりさらに微細なものが要求されるようになって
来た。このような微細な接続端子にリード線を接続する
手段の一つとして、異方性導電膜（図示せず）を用いる
方法が知られている。

【０００３】この異方性導電膜は、導電粒子を樹脂等の
接着剤の中に均一に分散して形成されている高分子膜で
あり、電気的異方性を持つ。すなわちこれを突出した電
極間に挟んで熱圧着することにより、導電粒子をこの膜
の厚み方向にのみ接触させて導通をとり、上下の電極間
の導電性を得ると共に、その他の方向には絶縁性を持た
せることができるものである。

【０００４】この異方性導電膜は比較的低温での実装が
可能であるため、許容温度の低い液晶パネルとフレキシ
ブル配線板との接続などに多用されている。このような
特性を有する異方性導電膜を用いて電極間例えば端子と
リード線との熱圧着を行う時、安定した電気的特性や接
着強度を得るためには、所定の加圧力、所定の加熱温度
が接続面に均一に加えられることが重要である。

【０００５】このため従来より、所定温度に管理された
ヒータブロックに板状の治具を載せ、この治具に液晶デ
ィスプレイパネルと異方性導電膜とフレキシブルプリン
ト配線板（ＦＰＷＢ）とを順に重ね、上から圧着部分の
長さを持った直線状のヒータツールを圧接する熱圧着装
置が用いられている。ここにヒータブロックは約１００
℃に保ち、ヒータツールは所定周期でパルス状電流を流
して３００〜４００℃に加熱する（パルスヒート接合方
式）。そしてこのヒータツールをこの温度に所定時間
（約３０秒）保持した後、このヒータツールが冷えるの
を待ってヒータツールをワークから離すものである。

【０００６】ここに用いるヒータツールは電流の供給に
より速やかに温度が十分に上昇し、また電流を切ること
によって速やかに冷えることが必要である。このためそ
の熱容量は十分に小さく作られている。またヒータブロ
ックと治具を予め加熱しておくのは、ヒータツールの加
熱温度を過度に高くする必要をなくし、ヒータツールの
耐久性を向上させるためである。

【０００７】

【従来技術の問題点】ここに従来は、ヒートブロックに
載せる板状の治具をアルミニウム板、耐熱樹脂などの一
種類の材料で製造していた。

【０００８】アルミニウム板を用いた場合には、アルミ
ニウムの熱伝導率が大きいため、ヒートブロックにこれ
を載せて治具表面温度を所定温度（約１００℃）に安定
させるのに要する時間（立上げ時間）が短くなり、装置
の稼働率を上げることができて好ましい。しかしヒータ
ツールをワークに押圧してワークを加熱する時には、パ
ルス電流によって間欠的に発生するヒータツールの熱が
この治具を伝って逃げ易くなり、異方性導電膜の温度を
十分に高く保持できないという問題があった。

【０００９】耐熱樹脂としては例えばＰＰＳ（ポリフェ
ミニレンサルファイト樹脂）を用いることができる。こ
の樹脂は熱伝導率が小さいものであるため、ヒータツー
ルの熱がヒータブロック側へ逃げにくくなり、異方性導
電膜の温度を高く保つのには適する。しかし立上げ時間
が長くなるという問題がある。そこでヒータブロックを
加熱するヒータの温度を高く設定することが考えられ
る。

【００１０】しかしこの場合にはヒータブロックの温度
が高くなって熱歪みが大きくなる。ヒータブロックの歪
みが生じると、その上に載せる治具との密着性が悪くな
りワークを均一に加熱できなくなったり治具表面の歪み
によりその平面精度が悪くなり、接合部の熱圧着信頼性
が低下する。

【００１１】この治具をステンレススチールで作ること
も考えられる。このステンレススチールはアルミニウム
と耐熱性樹脂との中間付近の熱伝導率を有するからであ
る。しかしこの場合は、アルミニウムを用いた時と耐熱
性樹脂を用いた時のそれぞれの長所と短所とを併せ持つ
ことになる。

【００１２】

【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、ヒータブロックの温度を過度に上げること
なく、治具表面温度を速やかに上昇させて立上げ時間を
短くし、装置の稼働率を高めることができ、またヒータ
ツールの熱を有効に異方性導電膜に伝えて信頼性の良い
熱圧着を可能にする熱圧着装置を提供することを目的と
する。

【００１３】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、所定温度に
温度管理されたヒータブロックに板状の治具を載せ、こ
の上に配線基板と異方性導電膜と被圧着物とを順に重
ね、この被圧着物の上にパルス状電流により加熱される
直線状の長いヒータツールを圧接して、配線基板と被圧
着物とを熱圧着する熱圧着装置において、前記板状の治
具の熱伝導率をヒータブロック側で大とし配線基板側で
小としたことを特徴とする熱圧着装置、により達成され
る。

【００１４】ここに治具は２種以上の熱伝導率が異なる
複数の板状部材を密着させて積層したものとすることが
できる。例えばアルミニウム板とステンレススチール板
とを重ねたものとすることができる。

【００１５】

【実施態様】図１は本発明に係る熱圧着装置を示す斜視
図、図２は圧着部付近の側断面図、図３は圧着動作を示
す正面図、図４は治具の斜視図である。

【００１６】図１において符号１０はＸ−Ｙ移動テーブ
ルであり、水平面上でＸ、Ｙ両方向に移動可能である。
１２はこのテーブル１０の上に載せられたヒータブロッ
クである。このヒータブロック１２は金属製の厚板であ
り、その下面にはアラミド樹脂等の断熱板１４が貼着さ
れ、この断熱板１４がテーブル１０に密着している。

【００１７】ヒータブロック１２には左右方向に貫通す
る小孔が形成され、この小孔内に左右両側から電気ヒー
タ１６、１６が挿入されている。ヒータ１６、１６には
図示しないヒータ電源回路から電流が供給され、ヒータ
ブロック１２を加熱し約１００℃に保持する。

【００１８】１８は本発明に係る治具であり、ヒータブ
ロック１２の上面に載せられる。この治具１８は図２〜
４に示すように２枚の熱伝導率が異なる金属板、すなわ
ちアルミニウム板２０と、ステンレススチール板２２と
を密着させて積層したものである。この実施態様では、
治具１８は厚さ２４ｍｍ、縦５０ｍｍ、横３００ｍｍの
寸法であり、アルミニウム板２０は厚さが１４ｍｍ、ス
テンレススチール板２２は厚さが１０ｍｍである。これ
らの板２０、２２は４本のボルト２４で結合されてい
る。

【００１９】２６は配線基板であり、ここでは液晶ディ
スプレイパネルを用いる。この基板２６の上面には、前
後方向に長い多数の電極が横方向（電気ヒータ１６の長
さ方向）に小さいピッチ（約０．２ｍｍ＝２００μｍ）
間隔で並べて形成されている。基板２６は液晶パネルに
代えてフェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの硬質
絶縁基板や、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等の柔
軟な絶縁基板などであってもよい。

【００２０】２８はテープ状に切られた異方性導電膜で
あり、基板２６の電極の上に多数の電極の並列方向に沿
わせて貼着される。この異方性導電膜２８の上には、さ
らに被圧着物３０が載せられる。この被圧着物３０はこ
の場合液晶パネルの駆動用ＬＳＩやＩＣのリードであ
り、これらのリードが異方性導電膜２８を挟んで基板２
６の対応する電極に対向する。

【００２１】被圧着物３０はＬＳＩ、ＩＣのリードに代
えて、フレキシブル配線板などの電極であってもよいの
は勿論である。なお電極と異方性導電膜２８と被圧着物
３０とは、ヒータ１６の長さ方向に沿ってこれらヒータ
１６の上方に位置する。

【００２２】３２は圧着ヘッドであり、ヘッド保持部３
４に上下動可能に保持されている。この圧着ヘッド３２
は、水平で長いブロック状のツール保持部３６を持ち、
このツール保持部３６に垂直に植設した左右一対のガイ
ドロッド３８、３８がこのヘッド保持部３４にリニヤベ
アリング（図示せず）により保持されている。このツー
ル保持部３６とヘッド保持部３４との間にはエアシリン
ダ４０が介在し、このエアシリンダ３８によりツール保
持部３６を昇降させることができる。

【００２３】ツール保持部３６の下面には図２に示すよ
うにステンレススチール製の板状の保持ブロック４２が
垂直に固定されている。この保持ブロック４２の後面に
は、黒斑れい岩などで作られた板状のセラミックブロッ
ク４４が密着し、このセラミックブロック４４はベーク
ライト製の押えブロック４６によって保持ブロック４２
に固定されている。

【００２４】セラミックブロック４４の下部は舌状に下
方へ突出し、この下縁は水平であって図２に示す溝４８
が形成されている。この溝４８には断面が矩形のヒータ
ツール５０が係入し保持されている。このヒータツール
５０はモリブデンやチタン、タングステンなどの高抵抗
材料により作られ、セラミックブロック４４の溝４８に
係合する形状を持つ。すなわちその中央部が直線状でそ
の両端がセラミックブロック４４の左右両縁に沿って立
ち上がるように垂直に折曲されている。

【００２５】ヒータツール５０の中央部分の下面は、平
坦な圧着面５０Ａとなり、この圧着面５０Ａはワーク側
の圧着領域とほぼ同じ形状を持つ。すなわち異方性導電
膜２８の長さと幅よりやや小さい長さと幅を持つ。ヒー
タツール５０の両端には給電端子５２、５２（図１）が
接続されている。

【００２６】このヒータツール５０には、電源装置（図
示せず）からパルス状の大電流が供給され、この電流に
よりヒータツール５０は加熱される。なおヒータツール
５０の適宜位置、例えば中央付近には熱電対などの温度
センサが貼着され、温度管理される。例えば圧着面５０
Ａ付近が３００〜４００℃位に管理される。

【００２７】この圧着装置を使用する際は、Ｘ−Ｙ移動
テーブル１０上のヒータブロック１２に治具１８を載
せ、ヒータブロック１２の電気ヒータ１６、１６に通電
して治具１８表面温度を約１００℃に保つ。この上にワ
ークすなわち基板２６と異方性導電膜２８と被圧着材３
０との積層体を載せる。そしてテーブル１０を移動させ
てワークの圧着部分をヒータツール５０の圧着面５０Ａ
の下に位置決めする（図３の（Ａ）の状態）。

【００２８】この状態でエアシリンダ４０により圧着ヘ
ッド３２を下降させ、ヒータツール５０の圧着面５０Ａ
をワークに圧接する。そしてヒータツール５０にパルス
電流を流せばヒータツール５０が発熱する。このヒータ
ツール５０の温度は温度センサにより検出され、３００
〜４００℃の範囲内で予め設定した温度となるように電
流の大きさあるいはパルスのデューティ比等が制御され
る。

【００２９】ヒータツール５０の熱は図２、図３の
（Ｂ）に破線で示すようにワーク（２６、２８、３０）
を通して治具１８およびヒータブロック１２に流れ、こ
の時に異方性導電膜２８が所定温度（２０５±１０℃）
に加熱される。この結果電極とリードの間に挟まれた異
方性導電膜２８内の導電粒子が接触して、電極とリード
との間の導電性が得られる。

【００３０】この加熱は約３０秒間続けられた後、ヒー
タツール５０の通電が停止される。このためヒータツー
ル５０の熱は治具１８、ヒータブロック１２に逃がさ
れ、ワーク（２６、２８、３０）は急速に冷える。ワー
ク（２６、２８、３０）は冷え、異方性導電膜２８内の
樹脂が凝固した後圧着ヘッド３２を上昇させ、ヒータツ
ール５０をワーク（２６、２８、３０）から離せばよ
い。

【００３１】この一連の処理の中で、治具１８は次のよ
うに機能する。まずヒータブロック１２にこの治具１８
を載せた時には、ヒータブロック１２の熱は熱伝導率が
大きいアルミニウム板２０を速やかに通り、熱伝導率が
小さいステンレススチール板２２に達する。このためス
テンレススチール板２２は比較的速やかに加熱され、装
置の立上げ時間は比較的短くなる。

【００３２】また治具１８の上にワーク（２６、２８、
３０）を載せた時に、治具１８の表面の熱がワーク（２
６、２８、３０）に伝わって治具１８の表面付近の温度
は一時下がる。しかし治具１８の下部のアルミニウム板
２０から速やかに熱は補充され、ステンレススチール板
２２の温度は速やかに元に戻る。

【００３３】ヒータツール５０がワーク（２６、２８、
３０）に圧接され、ヒータツール５０が発熱した時に
は、ヒータツール５０の熱はワーク（２６、２８、３
０）を通り治具１８に入る。しかし治具１８の上部は熱
伝導率が小さいステンレススチール板２２なので、ヒー
タツール５０側から治具１８に入った熱はアルミニウム
板２０側へは逃げにくい。このため治具１８の表面温度
は高く保たれ、ワーク（２６、２８、３０）の温度も高
く保たれる。

【００３４】このように治具１８の上面付近の熱伝導率
を小さくし、下部で大きくしたものであるから、ヒータ
ツール５０の発熱温度を過度に高くすることなく、また
ヒータブロック１２の表面温度も過度に高くすることな
く、異方性導電膜２８による熱圧着を信頼性高く行うこ
とが可能になる。

【００３５】以上の実施態様では、治具１８はアルミニ
ウム板２０とステンレススチール板２２とを積層した
が、本発明はこれに限定されないのは勿論である。例え
ば熱伝導率が異なる３種類以上の板を積層してもよく、
その表面（上面）付近の板を最も熱伝導率が小さいもの
にすればよい。各層に用いる板の厚さも前記実施態様に
限定されるものではなく、ヒータツール５０の温度や発
熱量、治具１８やヒータブロック１２側の温度や吸熱
量、あるいはワーク（２６、２８、３０）側の特性など
に基づいて決定すべきものである。

【００３６】なお各層の板厚は、あまり薄いと熱歪みが
発生し易くなるから熱歪みに耐えるのに十分な厚さにす
ることも考慮すべきである。前記実施態様ではステンレ
ススチール板２２を厚さ１０ｍｍとしたが、これより薄
いと熱歪みの悪影響が生じるおそれがあることを考慮し
て決定したものである。

【００３７】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、ヒータ
ブロック（１２）とワーク（２６、２８、３０）との間
に介在させる板状の治具（１８）の熱伝導率を下側すな
わちヒータブロック側で大きく表面側すなわちワーク側
で小さくしたものであるから、ヒータブロックの熱は速
やかに治具（１８）内に伝わり、装置の立上げ時間を短
くすることができる。

【００３８】このためヒータブロックの温度を過度に高
くする必要もなくなるから、ヒータブロックや治具の熱
歪みのおそれが少なくなり、稼働率も上げることができ
る。またヒータツールの熱を過大に治具側に逃がすこと
なく効率良く異方性導電膜に蓄積させることができるの
で、信頼性の良い熱圧着が可能になる。

【００３９】ここに用いる治具は、２種類以上の熱伝導
率が異なる板状部材を密着させて積層したものとするこ
とができる（請求項２）。２層にする場合には、下部を
アルミニウム板とし、上部をステンレススチール板とす
ることができる（請求項３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる熱圧着装置の斜視図

【図２】圧着部付近の側断面図

【図３】圧着動作を示す説明図

【図４】治具の斜視図

【符号の説明】

１０ Ｘ−Ｙ移動テーブル １２ ヒータブロック １６ 電気ヒータ １８ 治具 ２０ アルミニウム板 ２２ ステンレススチール板 ２６ 配線基板 ２８ 異方性導電膜 ３０ 被圧着物 ３２ 圧着ヘッド ５０ ヒータツール ５０Ａ 圧着面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定温度に温度管理されたヒータブロッ
   クに板状の治具を載せ、この上に配線基板と異方性導電
   膜と被圧着物とを順に重ね、この被圧着物の上にパルス
   状電流により加熱される直線状の長いヒータツールを圧
   接して、配線基板と被圧着物とを熱圧着する熱圧着装置
   において、前記板状の治具の熱伝導率をヒータブロック
   側で大とし配線基板側で小としたことを特徴とする熱圧
   着装置。
2. 【請求項２】 板状の治具は、２種類以上の熱伝導率が
   異なる複数の板状部材を密着させて重ねたものである請
   求項１の熱圧着装置。
3. 【請求項３】 板状部材は、アルミニウム板とステンレ
   ススチール板である請求項２の熱圧着装置。