TWI394502B

TWI394502B - A wiring substrate, and a connecting device and a connecting method using a wiring board having a wiring board

Info

Publication number: TWI394502B
Application number: TW097139157A
Authority: TW
Inventors: Masao Saito
Original assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2013-04-21
Also published as: CN101836517A; JP2009105204A; EP2214460A4; EP2214460B1; JP4966156B2; US20100251541A1; KR20100065383A; WO2009054191A1; TW200934331A; EP2214460A1; US8108991B2

Description

配線基板之載台及使用有其之配線基板之連接裝置、連接方法

本發明係關於一種配線基板之載台，其係在將其他配線基板或電子零件等連接於構裝有電子零件之配線基板時所使用，此外亦關於使用該載台之配線基板之連接裝置及連接方法。

例如半導體元件對配線基板之構裝，已提出有一種所謂覆晶構裝法，其係在面朝下(face down)狀態下構裝於配線基板上，並為了電極間之電氣連接及半導體元件之物理性固定而使用異向導電性黏著膜(ACF)。異向導電性黏著膜係在具有黏著劑功能之結合樹脂中分散有導電性粒子，將其夾入與配線基板上之電極相對向之半導體元件之電極間，並予以加熱加壓，藉此在電極間壓潰該導電性粒子，而可謀求電極間之電氣連接。在無電極之部分，由於導電性粒子係維持分散在結合樹脂中之狀態，並保持電氣絕緣之狀態，因此僅在有電極之部分可謀求電氣導通。

使用異向導電性黏著膜之半導體元件的構裝方法，係將半導體元件配置於黏貼有異向導電性黏著膜之配線基板上後，一邊將異向導電性黏著膜加熱一邊以熱壓接頭將半導體元件加壓，以壓潰電極間之導電性粒子，並使異向導電性黏著膜硬化，以進行半導體元件之熱壓接。在熱壓接時，例如專利文獻1等所揭示，已提出有藉由介設緩衝層並進行加熱加壓，而一併將高度不同之晶片零件加以構裝等。

近年來，使用異向導電性黏著膜之構裝方法，不僅是上述電子零件之構裝，亦逐漸應用至例如撓性印刷基板(FPC)對主基板之連接。目前，將從液晶顯示面板(LCD)或CMOS等所取出之撓性印刷基板連接於例如行動電話之主基板時，主要是使用焊料或連接器等進行連接。然而，隨著機器之輕量化、薄型化、及小型化等，該異向導電性黏著膜之連接有增加之趨勢。異向導電性黏著膜之連接具有易於小型化或窄間距化、可降低成本、可解決因衝擊所造成之連接脫落、及可無鉛化等各種優點。

另一方面，在採用該異向導電性黏著膜之連接時，有必須將壓接部之背面加以平坦化之缺點。使用異向導電性黏著膜之連接，必須均勻地將端子加壓，例如在將撓性印刷基板連接於主基板時，於主基板之連接部背面附近，無法構裝電子零件。在主基板之背面側若支承構裝有電子零件之部分而進行該熱壓接時，加壓會不均勻而產生連接不良，或過度之力會施加於所構裝之電子零件等而有產生破損等問題之虞。

此種情況下，則必須考量異向導電性黏著膜之連接來進行零件配置等，對主基板之零件構裝加諸限制，而產生零件構裝面積率降低之問題。

為了解決上述問題，必須改善主基板之載台側，專利文獻2記載之發明亦為其中之一。專利文獻2所揭示之電路基板之構裝方法，係將背面構裝有電路零件之電路基板配置於基板保持構件，藉由熱壓接將訊號輸入或輸出構件構裝於電路基板之表面，並揭示一邊以電路基板之外周區域與對應於電路零件之外周區域的區域來保持電路基板，一邊進行熱壓接。

又，與該專利文獻1記載之發明同樣地，亦提出有藉由介設緩衝層並進行加熱加壓，以對背面構裝有電路零件之主基板進行零件構裝。例如，專利文獻3揭示有一種具凸塊電路零件之接合方法，其係藉由直接支承基板下面之基板支承體與在接合有具凸塊電路零件之面之相反面彈性支承於已構裝之電子零件的彈性體來分散並予以支承。

專利文獻1：日本特開平10-256311號公報

專利文獻2：日本特開2001-15908號公報

專利文獻3：日本特開平11-354588號公報

然而，專利文獻2記載之發明之支承構造中，由於係設置成僅支承配線基板或構裝零件之周圍，因此難以穩定支承配線基板，而存在例如在熱壓接時配線基板會彎曲，並在配線基板造成損傷，或無法施加均勻之加壓力而產生連接不良等問題。又，當構裝於配線基板之電子零件之數量增多時，基板保持構件之構造會變複雜，而亦有需要龐大設備投資等問題。

為了解決該問題，雖考量例如使用如專利文獻3所記載之緩衝層(彈性體)來支承配線基板之零件構裝面，亦可期待某種程度之效果，不過由於直接支承基板之下面者僅為支承外周部分之基板支承體，因此與專利文獻2記載之發明同樣地，難以實現穩定之支承狀態。又，由於在實際上按壓負重所施加之位置，係呈以彈性體來支承僅已構裝之電子零件的狀態，結果過度之力還是會施加在已構裝之電子零件。尤其在所構裝之電子零件之構裝高度的差較大時等，即使藉由彈性體亦難以進行均勻之加壓，難以完全解決已構裝之電子零件的損傷等。

本發明係有鑑於上述習知之實情而提出，目的在於提供一種配線基板之載台，其係對背面構裝有電子零件之配線基板亦可實現均勻之熱壓接，在基板連接時可解決連接不良等，亦不會造成已構裝之電子零件等的破損，並進一步以提供一種配線基板之連接裝置及連接方法為目的。又，本發明目的在於提供一種配線基板之載台，其係電路設計者可在構成熱壓接對象之配線基板自由地選擇零件配置並可提升零件構裝密度，並以提供一種配線基板之連接裝置及連接方法為目的。

為了達成上述目的，本發明之配線基板之載台，係對構裝有電子零件之第1配線基板藉由熱壓接將連接構件連接時所使用，以支承第1配線基板之電子零件構裝面，其特徵在於：以彈性材料形成，並於第1配線基板之電子零件構裝位置，形成有與該電子零件之形狀對應的凹部。

同樣地，本發明之配線基板之連接裝置，具備用以支承構裝有電子零件之第1配線基板的基台、及將透過黏著劑設置於配線基板上之連接構件加壓的熱壓接頭，藉由熱壓接頭將連接構件加壓並將黏著劑加熱，以將連接構件熱壓接，其特徵在於具備：載台，用以將第1配線基板之電子零件構裝面支承於該基台上；該載台係以彈性材料形成，並於第1配線基板之電子零件構裝位置，形成有與該電子零件之形狀對應的凹部。

又，本發明之配線基板之連接方法，係對構裝有電子零件之第1配線基板，藉由熱壓接頭將連接構件加壓並將黏著劑加熱，以將連接構件熱壓接，其特徵在於：以彈性材料形成並於第1配線基板之電子零件構裝位置形成有與該電子零件之形狀對應之凹部的載台，來支承該第1配線基板之下面，以進行該熱壓接。

本發明中，係藉由使用由彈性材料構成之載台來支承第1配線基板之電子零件構裝面。此處，由於在由彈性材料構成之載台對應構裝於第1配線基板之電子零件設有凹部，因此該電子零件即呈被收容於該凹部內之狀態，即使在實際上按壓負重所施加之位置，第1配線基板之未構裝電子零件之區域亦藉由載台所支承，而可實現穩定之支承狀態並可實現均勻之熱壓接。又，在熱壓接時，在例如構裝於第1配線基板之背面之電子零件之構裝高度的差較大時，亦不會對各電子零件施加過度之加壓力，而呈藉由載台之彈性位移並以適切之壓力來支承各電子零件的狀態，使熱壓接時之支承狀態進一步穩定化。

根據本發明，可對背面構裝有電子零件之第1配線基板(例如第1配線基板或電子零件等)將連接構件均勻地熱壓接，而可實現無連接不良等之高可靠性連接狀態。又，在熱壓接時，不會產生使所構裝之電子零件等破損等的不良。

此外，根據本發明，在第1配線基板可解除電子零件構裝於背面之限制，例如電路設計者可自由地選擇零件配置並可提升零件構裝密度。藉此，可實現配線基板之小型化、輕量化、及薄型化等。

以下，針對應用本發明之配線基板之載台、配線基板之連接裝置、及連接方法的實施形態，參照圖式詳細作說明。此外，以下雖以對作為第1配線基板之主基板來連接作為連接構件之第2配線基板的情況為例作說明，但同樣地亦可應用於對作為第1配線基板之主基板來構裝作為連接構件之電子零件等的情況。

首先，針對以本發明之連接裝置及連接方法所連接之配線基板的構成例作說明。圖1係對主基板(相當於第1配線基板)分別透過撓性印刷基板4,5來電氣連接例如液晶顯示面板2或CMOS3等。此處，該撓性印刷基板4,5係相當於第2配線基板，對該主基板1透過異向導電性黏著膜進行熱壓接而被電氣及物理性連接固定。

於該主基板1雖構裝有各種電子零件6，不過如圖2(a)所示，不僅只構裝於主基板1之表面(撓性印刷基板4,5所連接之面)1a，如圖2(b)所示，亦構裝於與其相反側之面(背面1b)。

在對具有上述構成之主基板1連接撓性印刷基板4,5時，如圖3所示，係使用具備基台11與熱壓接頭12之連接裝置，介設作為連接劑之異向導電性黏著膜(省略圖示)進行熱壓接以進行基板間之連接。

異向導電性黏著膜係一種將導電性粒子分散於具有黏著劑功能之結合樹脂而成的膜，以進行該主基板1與撓性印刷基板4,5間之電氣連接及機械連接。亦即，藉由該熱壓接頭12之加壓及加熱，在形成於主基板1之端子圖案與形成於撓性印刷基板4,5之端子圖案所相對向的部分來壓潰導電性粒子，即可謀求主基板1上之配線圖案與撓性印刷基板4,5上之配線圖案間的電氣導通。作為黏著劑之結合樹脂若加熱至例如硬化開始溫度以上時即開始硬化，而使撓性印刷基板4,5對主基板1機械固定。

此處，該連接裝置中，通常基台11或熱壓接頭12係使用金屬或陶瓷等硬質材料。如此，將硬質材料使用於基台11或熱壓接頭12係因必須在短時間之內施加所須充分之加壓力之故。然而，在主基板1之背面構裝有電子零件6時，若使用由硬質材料所構成之基台11或熱壓接頭12時，則難以將既定之加壓力穩定地施加於連接部位，而會產生無法取得所須之連接的問題。又，亦有因熱壓接頭12之衝擊施加於電子零件6，而產生損傷電子零件6本身，或造成電子零件6與主基板1間之連接破損等問題之虞。

因此，本實施形態中，係將由彈性材料構成之載台13裝載於該基台11之上，以藉由該載台13來支承主基板1之背面側。以下，針對載台13作詳述。

載台13係以彈性材料形成，並以能穩定支承主基板1之背面側的方式構成。彈性材料雖可選擇任意之材料，不過由於耐熱性或耐油性等優異，因此以矽酮橡膠等較佳。又，構成載台13之彈性材料的橡膠硬度雖亦為任意，不過從提升連接可靠性之觀點來看，以使用日本工業規格(JIS S 6050)所規定之橡膠硬度為40以上、90以下的彈性材料較佳。

又，於該載台13對應主基板1背面之電子零件6的構裝位置藉由例如雕刻形成有凹部13a。該凹部13a係用來防止該電子零件6觸碰到載台13，並形成為稍大於電子零件6之尺寸。因此，在將主基板1裝載於載台13上時，主基板1背面之電子零件6係呈被收容於各凹部13a內之狀態，不僅是主基板之外周圍，在實際上施加按壓負重之位置，載台13之上面13b亦抵接於主基板1之平坦之面。

針對該載台13之凹部13a，較佳為適切設定其深度。例如，如圖4所示，在凹部13a之深度D1大於構裝在主基板1之電子零件6的構裝高度H1時，雖會在電子零件6之頂部與凹部13a之底面13c之間形成間隙，不過較佳為對應該構裝高度H1將凹部13a之深度D1設計成使該間隙之尺寸S1為1mm以下。藉此，在熱壓接時由彈性材料構成之載台13不僅只彈性位移，而使載台13之上面13b抵接於主基板1之平坦面，並可藉由加壓使凹部13a之底面13c接觸電子零件6之頂部，而實現極穩定之支承狀態。又，於電子零件6藉由該底面13c施加適切之加壓力，即不會施加過度之壓力或衝擊。

或者，如圖5所示，亦可使構裝於主基板1之電子零件6的構裝高度H2大於凹部13a之深度D2。此種情況下，熱壓接前之狀態雖呈凹部13a之底面13c為抵接於電子零件6，且載台13之上面13b並未抵接於主基板1之背面的狀態，但在熱壓接時即藉由載台13之彈性位移使載台13之上面13b抵接於主基板1之背面，而實現穩定之支承狀態。在此種情況下，較佳為對應該構裝高度H1將凹部13a之深度D1設計成使載台13之上面13b與主基板1背面之間隙的尺寸S2為1mm以下。

此外，在主基板1之背面構裝有複數個電子零件6時，則對應各電子零件6於載台13形成複數個凹部13a。此時，各凹部13a之深度較佳為根據所對應之電子零件6的構裝高度來個別設定深度。藉此，即使在電子零件之構裝高度的差較大時，亦不會例如對構裝高度較高之電子零件施加過度之加壓力，而藉由載台之彈性位移以適切之壓力來支承各電子零件。在電子零件6之構裝高度的變動較少時，則亦可將所有凹部13a之深度設定成一樣。

該載台13之尺寸較佳為相等於主基板1之尺寸，藉此可支承整體主基板1。然而，並不限於此，例如亦可將載台13之尺寸設為至少對應受熱壓接之區域的局部尺寸。此種情況下，由於載台13係局部抵接於主基板1，因此載台13之尺寸較佳為能確保可穩定支承主基板1之最低限度的尺寸。

在使用具有以上構成之載台13及連接裝置來進行主基板1與撓性印刷基板4,5之連接(熱壓接)時，首先係將由彈性材料構成並形成有凹部13a之載台13裝載於基台11之上。接著，雖將作為第1配線基板之主基板1裝載於該載台13之上，不過此時係先將構裝於主基板1背面之電子零件6與載台13之凹部13a予以對位，以使電子零件6收容於各凹部13內。

接著，將異向導電性黏著膜置放於主基板1之連接部分，並將所要連接之撓性印刷基板4,5重疊於其上。在該狀態以熱壓接頭12並以既定壓力將撓性印刷基板4,5之連接部分加壓，同時以內設於熱壓接頭12之加熱器將異向導電性黏著膜加熱。藉此，異向導電性黏著膜所含之導電粒子便被壓潰，而可謀求主基板1與撓性印刷基板4,5間之電氣導通，並使結合樹脂硬化而可謀求機械上之結合。

藉由採用使用上述載台13之連接裝置及連接方法，即可將連接部分均勻地加壓、加熱以進行熱壓接，而可實現無連接不良等之高可靠性連接狀態。又，在熱壓接時，亦不會造成構裝在主基板1之電子零件6之破損或刮傷。因此，在主基板1便可解除電子零件6構裝於其背面之限制，例如電路設計者即可自由地選擇零件配置。其結果，便可提升零件構裝密度，而可實現配線基板之小型化、輕量化、及薄型化等。

以上，雖已針對應用本發明之實施形態作了說明，但本發明當然並不限於上述實施形態，在不超出本發明之要旨的範圍內可作各種變更。

例如，上述實施形態中，雖藉由於載台13實施凹部加工(雕刻)而形成凹部13a，不過如圖6所示，亦可將由彈性材料構成之複數個突起(柱)14形成於基台11，以將該等突起14作為載台使用。此時，突起14間之區域即具有凹部之功能，而於該處收容構裝在主基板1背面之電子零件6。

又，如以上所述，在藉由突起14構成載台13時，可預先將由彈性材料構成之彈性板敷設於底部，再將突起14形成於其上。此時，藉由將突起14之高度設計成與凹部13a之深度相同，即可獲得與形成凹部13a之情況下相同之適切支承狀態，而可實現極為穩定之支承狀態。

[實施例]

其次，針對應用本發明之具體實施例根據實驗結果作說明。

實施例1

以200μm之間距形成電極端子並準備L/S=100μm/100μm之印刷配線基板(相當於第1配線基板)與撓性印刷基板(相當於第2配線基板)，使用矽酮橡膠製載台以進行ACF連接。此外，於矽酮橡膠製載台與構裝在印刷配線基板之電子零件的零件形狀對應形成凹部。該矽酮橡膠製載台之橡膠硬度係40。又，異向導電性黏著膜係使用Sony Chemical ＆ Information Device公司製產品名為CP5842KS。熱壓接頭係使用內設加熱器之金屬製頭，並藉由該熱壓接頭進行加熱及加壓。

實施例2

將矽酮橡膠製載台之橡膠硬度改成90，其他則與實施例1同樣地進行配線基板與撓性印刷基板間之ACF連接。

實施例3

將矽酮橡膠製載台之橡膠硬度改成20，其他則與實施例1同樣地進行配線基板與撓性印刷基板間之ACF連接。

比較例1

使用陶瓷製載台，其他則與實施例1同樣地進行配線基板與撓性印刷基板間之ACF連接。

比較例2

拆卸印刷配線基板背面之電子零件並使用陶瓷製載台，以進行配線基板與撓性印刷基板間之ACF連接。

評價

藉由4端子法測量經ACF連接之印刷配線基板與撓性印刷基板間之電阻值。將結果表示於表1。

實施例1及實施例2中，實現了與比較例2相同程度之導通電阻。相對於此，在背面構裝有電子零件之配線基板的ACF連接，使用陶瓷製載台之比較例1係呈無法取得可滿足之連接的狀態。又，矽酮橡膠製載台之橡膠硬度為20之實施例3，雖可進行ACF連接但導通電阻係呈較高之值。根據此等結果，可知在對構裝有電子零件之印刷配線基板以ACF連接撓性印刷基板時，使用對應於電子零件形成有凹部之矽酮橡膠製載台係有效，尤其藉由將矽酮橡膠製載台之橡膠硬度設於40～90，即可實現連接電阻較小的良好ACF連接。

1．．．主基板(第1配線基板)

2．．．液晶顯示面板

3．．．CMOS

4,5．．．撓性印刷基板(連接構件)

6．．．電子零件

11．．．基台

12．．．熱壓接頭

13．．．載台

13a．．．凹部

14．．．突起

圖1係表示第2配線基板對主基板之連接例的概略俯視圖。

圖2(a)係主基板表面的概略立體圖，(b)係主基板背面的概略立體圖。

圖3係表示對主基板以ACF連接撓性印刷基板時所使用之連接裝置之一例的概略立體圖。

圖4係表示於主基板構裝在背面之電子零件之高度與形成在載台之凹部之深度之關係之一例的示意圖。

圖5係表示於主基板構裝在背面之電子零件之高度與形成在載台之凹部之深度之關係另一例的示意圖。

圖6係表示載台之另一例的概略立體圖。