CN103298271A - 将柔性pcb结合至相机模块的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将柔性PCB（印刷电路板）结合至相机模块的装置。根据本发明的例示性实施方式的装置包括：热压缩单元，其用于通过对相机模块和柔性PCB之间的导电膜施加热和压力而使用该导电膜将相机模块结合至柔性PCB；超声波结合单元，其用于将超声波振动能直接传递至相机模块以除去固有地形成在导电膜内部的连接粒子上的氧化膜；以及控制器，其用于当导电膜的温度升高至预定温度时激活超声波结合单元。

Description

将柔性PCB结合至相机模块的装置

技术领域

本发明涉及一种将柔性PCB结合至相机模块的装置。

背景技术

本节提供与本发明相关的背景信息，这些背景信息不一定是现有技术。

通常，结合聚合物树脂胶粘剂的方法包括超声波结合法和热压缩结合法。超声波结合装置包括产生超声波的超声波振动器和将超声波振动器产生的超声波转化为振动能以结合结合物体的超声变幅器(ultrasonic horn)。

也就是说，在通过超声变幅器将超声波振动能传递至结合物体的情况下，由安装在结合物体的胶粘表面上的胶粘剂产生瞬时摩擦热。通过摩擦热将胶粘剂熔化以结合该结合物体。

热压缩结合装置通过对熔融物体施加热和压力而将熔融物体互相结合，并且可以根据熔融物体的材料和形状而采取各种形状。热压缩结合装置使用来自外部的电源产生热，并且使用所述热来结合结合物体。

当结合结合物体时，超声波和热压缩结合装置使用聚合物树脂胶粘剂，其中代表性的聚合物树脂胶粘剂为ACF（异方性导电膜，下文中称为导电膜）。由具有分散导电粒子的绝缘胶粘性聚合物树脂（基体）组成的ACF可以为下列胶粘剂材料，其同时基于绝缘聚合物树脂和分散在聚合物树脂中的导电粒子通过导电粒子进行电极的电互连，并通过聚合物树脂的热固化进行机械连接。

通常，使用细粒子如金、铜、镍、碳、金属包覆的聚合物、本征导电聚合物等作为导电粒子，并且使用环氧树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂或聚砜树脂作为聚合物树脂。根据应用领域，导电粒子的类型可以变化，并且它们可包括用于降低热膨胀系数的非导电性粒子。

在使用异方性导电胶粘剂的互连电子部件的方法中，因为以无铅工艺代替现有的焊接工艺而存在其清洁、简单和环境友好的优点；由于不需要向产品施加瞬时温度（低温工艺），所以其更加热稳定；能够通过使用廉价衬底如玻璃衬底或聚酯柔性衬底而降低工艺成本；并且能够通过使用细导电粒子的电连接实现超细电极间距。

在诸如智能卡、液晶显示器（LCD）、等离子体显示面板（PDP）、有机发光二极管的显示包装、计算机、便携式电话、通信***等的应用中广泛使用具有这些优点的异方性导电胶粘剂。

异方性导电胶粘剂通常用于显示模块安装技术中，并用于在将柔性衬底连接至玻璃衬底时的外引线结合（OLB）以及用于结合柔性衬底和印刷电路板（PCB）。异方性导电胶粘剂的市场快速增长。

另外，在COG（玻璃上芯片）和COF（膜上芯片）的结合工艺中，异方性导电胶粘剂的重要性也快速提高，因为由于驱动电路IC的致密性和复杂性提高，要求具有超细间距的连接，在COG中，将驱动电路IC芯片直接连接至玻璃衬底，在COF中，将倒装芯片直接连接至柔性衬底。

在使用异方性导电胶粘剂的电子部件安装技术中，使用热压缩工艺和聚合物树脂的热固化通过电极板之间的导电粒子的导电实现连接。

随着温度升高，导电膜的热固化聚合物树脂的热固化反应速度更快，使得如果温度升高，则能够进行更快的结合操作。然而，过高的温度可能导致几个问题如导电膜的热变形和物理性质的下降。

另外，如果以超声波和热压缩结合工艺施加，则结构脆弱的结构如移动终端的相机模块可能由于高温和高压而受损。因此，期望通过提供一种应付这些缺点的对策而解决上述问题和其他问题。

发明内容

本节提供本发明的综合概要，不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本发明旨在应付上述问题/缺点，并且提供一种将柔性PCB结合至相机模块的装置，该装置用于通过将超声波和热压缩结合工艺结合而有效地将柔性PCB结合至相机模块。

本发明要解决的技术问题不限于上述说明，且本领域技术人员通过下列说明会清楚地理解至今未提及的任何其他技术问题。

在本发明的例示性实施方式中，提供一种将柔性PCB（印刷电路板）结合至相机模块的装置，该装置包括：热压缩单元，其用于通过对相机模块和柔性PCB之间的导电膜施加热和压力而使用该导电膜将相机模块结合至柔性PCB；超声波结合单元，其用于将超声波振动能直接传递至相机模块以除去固有地形成在导电膜内部的连接粒子上的氧化膜；以及控制器，其用于当导电膜的温度升高至预定温度时激活超声波结合单元。

在本发明的例示性实施方式中，导电膜可包括绝缘聚合物树脂和导电连接粒子，所述导电连接粒子通过形成在聚合物树脂内部而电接触相机模块和柔性PCB。

在本发明的例示性实施方式中，绝缘聚合物树脂可包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、聚砜树脂和聚苯乙烯树脂，或者选自环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、聚砜树脂和聚苯乙烯树脂中的两种以上的混合物。

在本发明的例示性实施方式中，连接粒子可包括Sn基合金、Sn/Bi基合金、Sn/Zn基合金、Sn/Ag基合金和Sn/Ag/Au基合金，或者选自Sn基合金、Sn/Bi基合金、Sn/Zn基合金、Sn/Ag基合金和Sn/Ag/Au基合金中的两种以上的混合物。

在本发明的例示性实施方式中，连接粒子可在预定温度以上的温度下熔化。

在本发明的例示性实施方式中，超声波结合单元包括：超声波振荡器，其用于将从外部供应的正常电源转换为超声波频率的电能，并且输出该电能；和超声波振动器，其位于相机模块的侧面以将由超声波振荡器供应的电能转换为机械振动能，并且将该机械振动能传递至相机模块的侧面。

在本发明的例示性实施方式中，热压缩单元包括：电源单元，其用于转换从外部供应的正常电源并且输出转换的电源；热压缩机，其位于相机模块的上表面以使用从电源单元输入的电源将导电膜加热至预定温度，并且对位于相机模块上表面的导电膜施加压力；以及驱动装置，其用于垂直移动热压缩机。

在本发明的例示性实施方式中，控制器可还用于控制电源单元以将正常电源转换为必要电源。

在本发明的例示性实施方式中，该装置可还包括存储器，其用于存储响应热压缩单元的热压缩将导电膜的温度升高至预定温度所需的时间。

在本发明的例示性实施方式中，控制器可还用于在热压缩单元开始热压缩后，经过所需时间时激活超声波结合单元。

在本发明的例示性实施方式中，控制器可还用于控制由超声波结合单元产生的振动能的振幅和运行时间。

根据本发明的例示性实施方式的将柔性PCB结合至相机模块的装置的有利效果在于，可以将超声波结合单元和热压缩单元分离并单独运行，从而能够单独控制每个头部的压力、温度、超声振幅和结合时间，并且由于通过超声波结合单元施加超声振动，所以能够在不由超声振动对相机模块造成任何损伤的情况下除去连接粒子的氧化膜，由此能够提高相机模块的电极和连接粒子之间的电结合力，从而提高产品的可靠性。

附图说明

为了提供对本发明的进一步理解而包括的且包含在本发明中并构成本申请的一部分的附图与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是示出根据本发明例示性实施方式的将柔性PCB结合至相机模块的装置的概念性方框图；

图2是示出根据本发明例示性实施方式的将柔性PCB结合至相机模块的装置的示意性方框图；

图3是示出图2的导电膜的结合状态的示意图；以及

图4和5是示出导电膜的结合状态的示意图。

具体实施方式

通过参考例示性实施方式的下列详细说明和附图可更容易地理解本发明的优点和特征。因此，本发明不限于下述的例示性实施方式，而是可以以其他方式实施。因此，说明书和权利要求书中使用的专用术语或词语的含义不限于字面或通常使用的意义，而是应根据使用者或操作者的意图和习惯用法理解或者可随其而不同。因此，专用术语或词语的定义应基于本说明书中的所有内容。

现在，将参考附图详细描述根据本发明例示性实施方式的将柔性PCB结合至相机模块的装置。

图1是示出根据本发明例示性实施方式的将柔性PCB结合至相机模块的装置100的概念性方框图，其中装置100可包括热压缩单元110、超声波结合单元130和控制器150。

热压缩单元110可布置在相机模块10的上表面，其中对设置在相机模块10和柔性PCB20之间的ACF（异方性导电膜50）施加热和压力以结合相机模块10和柔性PCB20。

超声波结合单元130可布置在相机模块10的侧面以在热压缩单元110的运行期间将超声波振动能直接传递至相机模块的侧面，由此将连接粒子50的氧化膜固有地布置在导电膜50的内部以提高相机模块和柔性PCB20之间的电结合。

控制器150单独控制热压缩单元110和超声波结合单元130，其中超声波结合单元130也可以在通过热压缩单元110热压缩导电膜50期间运行以提高相机模块10和柔性PCB20之间的电结合。

参考图1，装置100可还包括：显示单元170，其响应控制器150的控制信号显示热压缩单元110的加热温度和由超声波结合单元130输出的电能波形的任一种；输出单元180，其示出各种设定值如热压缩单元110的目标加热温度和超声波结合单元130的运行时间或者命令；以及存储器190，其存储数据如控制相关的设定值或超声波结合单元130和热压缩单元110的运行时间。

显示单元170可以为LED（发光二极管，7段）或LCD（液晶显示器），但是本发明不限于此。

在图2中提供超声波结合单元130和热压缩单元110的详细构造。参考图2，热压缩单元110可包括电源单元111、热压缩机115和驱动手段119，且超声波结合单元130可包括超声波振荡器131和超声波振动器135。

热压缩单元110的电源单元111可响应控制器150的控制信号而将由外部供应的正常电源（AC100V或AC220V）转换为必要的电压或电流，并且输出该转换电源。电源单元111可选择性地运行以供应电源或改变输出电流。

热压缩机115可布置在相机模块10的上表面以被由电源单元111供应的电源加热，并且对相机模块10和柔性PCB20的结合物体施加压力，以及通过导电膜50对相机模块10和柔性PCB20进行热压缩。热压缩机115可包括：热压缩头116，其对相机模块10进行热压缩；和热压缩构件117，其固有地包括加热热压缩头116的加热器。

驱动手段119可响应控制器150的控制信号而垂直移动热压缩机115。超声波结合单元130的超声波振荡器131可将由外部供应的正常电源（AC110V或AC220V）转换为超声波的电能，并且输出转换的电源。超声波振荡器131可将由外部供应的正常电源（50Hz-60Hz）转换为超声波（15kHz-40kHz），并且输出转换的超声波。

超声波振动器135可布置在相机模块10的侧面以将由超声波振荡器131施加的电能转换为机械振动能，并且将转换的机械振动能传递至设置在相机模块10和柔性PCB20之间的导电膜50。超声波振动器135可包括：转换器136，其将由超声波振荡器131施加的电能转换为机械振动能；放大器137，其放大机械振动能的振幅；和超声变幅器138，其将由放大器137输出的机械振动能传递至相机模块10。

本发明例示性实施方式中的相机模块10可以为用于移动终端的结构脆弱的相机模块。当然，根据本发明例示性实施方式的结合物体不限于用于移动终端的相机模块，而是可扩大为所有结构脆弱的电子零件。

此时，如图3中所示，导电膜50可布置在相机模块10和柔性PCB20之间。此外，作为相机模块10和柔性PCB20的结合物体可分别形成有电极11、21。导电膜50可包括：绝缘聚合物树脂51；和导电连接粒子55，其形成在绝缘聚合物树脂51的内部而表面接触相机模块10和柔性PCB20的各电极11、21。此时，绝缘聚合物树脂51可包括热固性聚合物树脂或热塑性聚合物树脂，并且可包括例如热固性聚合物树脂。根据本发明的例示性实施方式的导电膜50可采取膜或糊膏的形状，并且可包括例如ACF。

聚合物树脂51为在90℃-300℃的温度范围内固化的树脂，并且可包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、聚砜树脂和聚苯乙烯树脂，或者选自环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、聚砜树脂和聚苯乙烯树脂的两种以上的混合物。如果聚合物树脂51不是热固性聚合物树脂而是热塑性聚合物树脂，则可通过超声波或热产生熔融（熔化）而代替固化或硬化。

作为在熔融前以方形形状成形的金属材料的连接粒子55的粒径例如可以为3μm-100μm，但是不限于此。连接粒子55可以为Sn基合金、Sn/Bi基合金、Sn/Zn基合金、Sn/Ag基合金和Sn/Ag/Au基合金，或者选自Sn基合金、Sn/Bi基合金、Sn/Zn基合金、Sn/Ag基合金和Sn/Ag/Au基合金的两种以上的混合物，其中，可在高于预定水平（120℃）的温度以上的温度下熔融或熔化连接粒子55。

结果，响应热压缩机115的压缩，将热传递至布置在相机模块10和柔性PCB20之间的导电膜50，并且可以通过表面接触相机模块10和柔性PCB20的各电极11、21用传递的热将导电膜50内部的连接粒子55熔化。连接粒子55内部的温度可响应由超声波振动器135产生的超声波振动而进一步提高，并且在连接粒子55的表面上形成的氧化膜可被超声振动的冲击破裂，从而提高熔化可靠性和电结合力。

另外，聚合物树脂51响应产生的热而变为液化状态，从而机械结合相机模块10和柔性PCB20，但是其在高于预定水平的温度下经过预定时间之后被固化。也就是说，在对导电膜50施加热的情况下，聚合物树脂开始变为液化状态，并且在聚合物树脂51内部的连接粒子55的熔融或熔化完全时实现聚合物树脂的固化或硬化。因此，导电膜50能够在机械和电上将相机模块10和柔性PCB20相互结合。

对相机模块10施加超声波意味着已对导电膜50施加超声振动，其中超声振动包括伴有预定压力的振动。对导电膜50施加的超声波诱发导电膜50中所含的聚合物树脂51的塑性变形，并且聚合物树脂51因该塑性变形而自加热。响应由超声波的施加造成的聚合物树脂51的自加热，导电膜50的温度升高至高于聚合物树脂51的熔化温度和固化温度的温度。

此时，随着温度升高，导电膜50的聚合物树脂51提高热固化反应速度，由此随着温度升高，能够实现更快的结合。然而，过高的温度可能在导电膜50中造成热变形和物理性质的下降，并且对相机模块10具有不良影响，从而使得重要地需要适当的温度调节。

现在，将简要描述根据本发明例示性实施方式的将柔性PCB结合至相机模块的装置的运行过程。

首先，相机模块10可布置在位于热压缩机115的底表面的支撑固定装置1上，并且导电膜50可设置在作为结合物体的相机10和柔性PCB20之间。在该情况下，电源单元111可响应控制器150的控制信号接收由外部供应的正常电源（AC110V或AC220V），将由外部供应的正常电源（AC110V或AC220V）转换为必要电压，并且将转换电压供应至热压缩构件117内部的加热器。响应电源单元111的输出将热压缩构件117加热至高温，其中可通过设置控制器150而确定电源单元111的输出。

在将热压缩机115的热压缩构件117加热至设定温度，例如300℃的情况下，控制器150控制驱动手段119，由此热压缩机115下降以对相机模块10施加压力。控制器150能够通过使用热电偶或温度传感器测量热压缩构件117的加热温度而监控热压缩构件117的温度。

在由此热压缩机115下降以对柔性PCB20的上表面施加压力的情况下，将热传递至设置在相机模块10和柔性PCB20之间的导电膜50，其中通过传递的热，导电膜50开始升温。在将热压缩机115压缩至导电膜50的情况下，导电膜50可升温，其中随着时间流逝，连接粒子55在室温下熔化。此时，在连接粒子55的熔化温度为140℃的情况下，可对热压缩机115的加热温度机械设置，从而将导电膜50的温度提高至至少高于140℃的温度。

接着，控制器150可确定在热压缩后是否已过去设定时间。例如在热压缩机115的温度为300℃的情况下，在热压缩后，设定时间将为2秒，因为导电膜50将采用约2秒以升高至作为设定温度的约140℃的温度。

如上所述，能够通过在导电膜50侧提前安装温度传感器如热电偶，通过温度和时间监控导电膜50从室温升高到设定温度的时间，并且可在存储器190中存储热压缩后将导电膜50升高至预定温度所耗费的时间。

在热膨胀后过去设定时间的情况下，控制器150可激活位于相机模块10侧面的超声波振动器135，由此导电膜50响应15,000-40,000次/秒范围内的超声波振动而产生摩擦热，并且能够通过振动除去导电膜50内部的连接粒子55上的表面氧化膜。

此时，超声波振动能的输出振幅可以在8μm~12μm的范围内。在该情况下，在振幅小于8μm的情况下，难以除去连接粒子55的氧化膜，并且在振幅超过12μm的情况下，如果相机模块用于移动终端，则相机模块10可能由于脆弱的结构而破裂。

此时，在温度从室温升高至设定温度的部分中，可通过热压缩机115将导电膜50的聚合物树脂51从固态临时变为液化状态，并且固有地布置在导电膜50内部的连接粒子55开始熔化。此时，在控制器150激活超声波振动器135的情况下，随着氧化膜被超声波振动的冲击破坏，除去导电膜50的连接粒子55。

优选除去作为抑制连接粒子55和电极11、21之间的电结合的因素的形成在连接粒子55表面上的氧化膜。尽管可以通过高温的热除去连接粒子55的氧化膜，但是高温可能损伤相机模块10或导电膜50，从而使得不优选使用高温。

如上所述，随着导电膜50的聚合物树脂51开始通过由热压缩机115传递的热转变为液化状态，并且连接粒子55开始熔化，通过超声波振动器135传递的超声振动除去连接粒子55的氧化膜以在相机模块10和柔性PCB20的各电极之间形成强分子偶合，如图4中所示。

当然，随着相机模块10和柔性PCB20的各电极11、21熔化并通过连接粒子55结合，导电膜50的聚合物树脂51开始硬化。如果仅通过热压缩机115而不是超声振动将相机模块10和柔性PCB20的各电极11、21熔化和结合，则如图5中所示，未除去固有地布置在导电膜50内部的连接粒子55的氧化膜，由此降低与电极的表面结合的可靠性，从而使得本发明难以付诸商业化。

接着，控制器150用预置时间激活超声波振动器135，并且对热压缩机115继续施加热压缩且持续预置时间，由此导电膜50的聚合物树脂51完全固化，从而完成相机模块10和柔性PCB20的电极11、21之间的结合。

尽管在高于预定水平的温度下对聚合物树脂51进行固化，但是聚合物树脂51仍耗费预定的时间完成固化。聚合物树脂51的大约固化时间为10秒以上，但是可根据导电膜50的温度而延长或缩短。

从上文显而易见，本发明的优点在于，在热压缩期间，通过超声波结合装置130，使用导电膜50另外施加超声振动，由此能够在不因使用超声振动而对相机模块10造成任何损伤的情况下除去连接粒子51的氧化膜，结果，能够提高连接粒子51和相机模块10的电极11、21之间的电结合力，从而提高产品的可靠性。

尽管已参考其许多例证性实施方式描述了实施方式，但是应理解，本领域技术人员能够设想落在本发明主旨和范围内的许多其他变体和实施方式。更具体地，在本发明内容、附图和附属权利要求书的范围内的主题组合布置的部件部分和/或布置中，各种变化和修改是可能的。

Claims (11)

1.一种将柔性PCB（印刷电路板）结合至相机模块的装置，所述装置包括：

热压缩单元，其用于通过对所述相机模块和所述柔性PCB之间的导电膜施加热和压力而使用所述导电膜将所述相机模块结合至所述柔性PCB；

超声波结合单元，其用于将超声波振动能直接传递至所述相机模块以除去固有地形成在所述导电膜内部的连接粒子上的氧化膜；以及

控制器，其用于当所述导电膜的温度升高至预定温度时激活所述超声波结合单元。

2.权利要求1的装置，其中所述导电膜包含：

绝缘聚合物树脂，和

导电连接粒子，其通过形成在所述聚合物树脂内部而电接触所述相机模块和所述柔性PCB。

3.权利要求2的装置，其中所述绝缘聚合物树脂包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、聚砜树脂和聚苯乙烯树脂，或者选自环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、聚砜树脂和聚苯乙烯树脂中的两种以上的混合物。

4.权利要求2的装置，其中所述连接粒子包括Sn基合金、Sn/Bi基合金、Sn/Zn基合金、Sn/Ag基合金和Sn/Ag/Au基合金，或者选自Sn基合金、Sn/Bi基合金、Sn/Zn基合金、Sn/Ag基合金和Sn/Ag/Au基合金中的两种以上的混合物。

5.权利要求2的装置，其中所述连接粒子在预定温度以上的温度下熔化。

6.权利要求1的装置，其中所述超声波结合单元包括：

超声波振荡器，其用于将从外部供应的正常电源转换为超声波频率的电能，并且输出所述电能；和

超声波振动器，其位于所述相机模块的侧面，用于将由所述超声波振荡器供应的电能转换为机械振动能，并且将所述机械振动能传递至所述相机模块的侧面。

7.权利要求1的装置，其中所述热压缩单元包括：

电源单元，其用于将从外部供应的正常电源进行转换，并且输出被转换的电源；

热压缩机，其位于所述相机模块的上表面以使用从所述电源单元输入的电源将所述导电膜加热至预定温度，并且对位于所述相机模块的上表面的所述导电膜施加压力；以及

驱动手段，其用于垂直移动所述热压缩机。

8.权利要求7的装置，其中所述控制器还用于控制所述电源单元以将所述正常电源转换为必要电源。

9.权利要求1的装置，还包括：

存储器，其用于存储响应所述热压缩单元的热压缩而将所述导电膜的温度升高至预定温度所需的时间。

10.权利要求9的装置，其中所述控制器还用于在所述热压缩单元开始热压缩后，经过所需时间时激活所述超声波结合单元。

11.权利要求1的装置，其中所述控制器还用于控制由所述超声波结合单元产生的振动能的振幅和运行时间。

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