CN104206036B - 电极接合方法、电极接合结构体的制造方法以及电极接合结构体的制造*** - Google Patents

电极接合方法、电极接合结构体的制造方法以及电极接合结构体的制造*** Download PDF

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Abstract

本发明是将具有设置有第一电极群的第一连接区域的挠性第一基板安装于具有设置有第二电极群的第二连接区域的第二基板的***，其具有：支撑第二基板的载台；向第一电极群以及第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料的单元；以使第一电极群与第二电极群的位置对齐从而使得第一电极群与第二电极群隔着接合材料相对置的方式，对第二基板配置第一基板的单元；以及一边使器具移动到未实施接合处理的第一电极的处理位置，一边通过加热器具依次实施在将第一电极朝向第二电极进行加压的同时使热固性树脂固化的接合处理的单元。

Description

电极接合方法、电极接合结构体的制造方法以及电极接合结 构体的制造***
技术领域
本发明涉及对于将挠性基板与其他基板连接的技术的改良。
背景技术
近年来，对于便携型电子设备的小型化以及薄型化的期望高涨。为了使电子设备小型化或薄型化，对于电子设备中所使用的基板而言，使用挠性基板来提高零件配置的自由度是有效的。
例如，若电子零件模块(也称为组件)中使用挠性基板，则能够在实现高的配置自由度的同时使设置在模块基板上的电极(连接端子)与设置在电子设备的主基板等上的电极(连接端子)直接接合(参照专利文献1)。由此，能够在不使用连接用的导线的情况下将电子零件模块与主基板连接，提高空间效率。另外，变得不易发生断线等，从而提高零件间的连接可靠性。
另外，如上所述，在将模块基板的电极与主基板的电极直接接合那样的情况下，通常会进行在电极之间的接合部周围形成包含热固性树脂的补强部的操作。在这样的情况下，通过将供给到模块基板与主基板之间的未固化的树脂隔着模块基板或主基板进行加热而使其固化，从而形成由固化树脂得到的树脂补强部。
在此，以往当将电子零件模块等的多个电极与主基板等的多个电极接合时，使用具有按压面的加热器具来将各电极接合，所述按压面的面积与包含上述这些电极的连接区域的面积相等或者比该面积大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-166488号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，由于以一个加热器具同时对较大的面积进行加压和加热，因此加压力或加热的程度有时会在连接区域内变得不均匀。所以，有时在一部分电极中接合变得不充分，或者还有时未固化树脂未充分地固化而产生未形成足够强度的树脂补强部的部分。由此，基板之间的连接可靠性降低。
特别是，对于未固化树脂包含用于电极之间的接合的焊料(粒子)并且同时进行电极之间的焊料接合和树脂补强部的形成那样的方式(参照专利文献1)而言，为了在各电极之间形成良好的焊料接合部，要求对加压力以及加热温度进行微妙的调整。因此，在这样的情况下，连接区域内的加压以及加热不均匀这一弊端变得特别大。
因此，本发明的目的在于：提供电极接合方法、电极接合结构体的制造方法以及电极接合结构体的制造***，其中，将多个电极彼此通过熔融后固化得到的导体来接合，并且通过树脂将上述这些接合部补强，从而能够在将基板彼此之间进行连接时将各接合部的接合强度均匀化，由此使基板之间的连接可靠性提高。
用于解决课题的手段
本发明的一个方面涉及一种电极接合方法，其包括下述工序：
(i)供给挠性第一基板的工序，上述挠性第一基板具有第一面以及与上述第一面相反一侧的第二面，上述第一面具有第一连接区域，上述第一连接区域设置有包含多个第一电极的第一电极群；
(ii)供给第二基板的工序，上述第二基板具有第二连接区域，上述第二连接区域设置有包含与上述多个第一电极相对应的多个第二电极的第二电极群；
(iii)向上述第一电极群以及上述第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料的工序；
(iv)使上述第一电极群与上述第二电极群的位置对齐，从而使得上述第一电极群与上述第二电极群隔着上述接合材料相对置的工序；以及
(v)使用抵接在上述第二面的与上述第一连接区域相对应的按压区域的加热器具，一边使上述器具移动一边依次实施接合处理的工序，上述接合处理是在将由上述多个第一电极选择出来的一个以上的上述第一电极朝向相对应的一个以上的上述第二电极进行加压的同时将上述第一电极以及上述第二电极加热到上述热固性树脂固化的温度，上述使上述器具移动是从上述选择出来的一个以上的上述第一电极的处理位置移动到未实施上述接合处理的另外一个以上的上述第一电极的处理位置。
本发明的另一个方面涉及一种电极接合结构体的制造方法，其包括下述工序：
(i)供给挠性第一基板的工序，上述挠性第一基板具有第一面以及与上述第一面相反一侧的第二面，上述第一面具有第一连接区域，上述第一连接区域设置有包含多个第一电极的第一电极群；
(ii)供给第二基板的工序，上述第二基板具有第二连接区域，上述第二连接区域设置有包含与上述多个第一电极相对应的多个第二电极的第二电极群；
(iii)向上述第一电极群以及上述第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料的工序；以及
(iv)使上述第一电极群与上述第二电极群的位置对齐，从而使得上述第一电极群与上述第二电极群隔着上述接合材料相对置的工序；以及
(v)使用抵接在上述第二面的与上述第一连接区域相对应的按压区域的加热器具，一边使上述器具移动一边依次实施接合处理的工序，上述接合处理是在将由上述多个第一电极选择出来的一个以上的上述第一电极朝向相对应的一个以上的上述第二电极进行加压的同时将上述第一电极以及上述第二电极加热到上述热固性树脂固化的温度，上述使上述器具移动是从上述选择出来的一个以上的上述第一电极的处理位置移动到未实施上述接合处理的另外一个以上的上述第一电极的处理位置。
本发明的又一个方面涉及一种电极接合结构体的制造***，其是将挠性第一基板安装于第二基板来制造电极接合结构体的***，其中，
上述第一基板具有第一面以及与上述第一面相反一侧的第二面，上述第一面具有第一连接区域，上述第一连接区域设置有包含多个第一电极的第一电极群，
上述第二基板具有第二连接区域，上述第二连接区域设置有包含与上述多个第一电极相对应的多个第二电极的第二电极群，
上述***具有：
载台，其支撑上述第二基板；
接合材料供给单元，其向上述第一电极群以及上述第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料；
配置单元，其对被上述载台所支撑的上述第二基板配置上述第一基板，以使上述第一电极群与上述第二电极群的位置对齐，从而使得上述第一电极群与上述第二电极群隔着上述接合材料相对置；以及
接合处理单元，其包含抵接在上述第二面的与上述第一连接区域相对应的按压区域的加热器具，一边使上述器具移动一边通过上述器具依次实施接合处理，上述接合处理是在将由上述多个第一电极选择出来的一个以上的上述第一电极朝向相对应的一个以上的上述第二电极进行加压的同时将上述第一电极以及上述第二电极加热到上述热固性树脂固化的温度，上述使上述器具移动是从上述选择出来的一个以上的上述第一电极的处理位置移动到未实施上述接合处理的另外一个以上的上述第一电极的处理位置。
根据本发明的电极接合结构体的制造方法或制造***，能够得到如下的电极接合结构体，其具备：
挠性第一基板，其具有设置有第一电极群的第一接合区域；
第二基板，其具有设置有与上述第一电极群相对应的第二电极群的第二接合区域；以及
焊料接合部，其将上述第一接合区域与上述第二接合区域电连接，
其中，上述焊料接合部包含树脂部分和分散在上述树脂部分中的金属部分，
上述金属部分具有扁平形状，上述扁平形状具有相互正交的长径a和短径b，并且上述长径的方向朝向一个方向取向。
发明效果
根据本发明，当以包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料来将第一基板的第一电极群与第二基板的第二电极群接合时，能够使得负荷的不均不易产生，并且能够对相对置的第一电极和第二电极各组施加基本相同的压力。因此，能够使基板之间的连接可靠性提高。
所附的权利要求书虽然记载了本发明的新特征，但是本发明涉及构成以及内容这两方面，其与本发明的其他目的及特征一起可以通过与附图相对照的以下的详细说明更好地进行理解。
附图说明
图1是表示作为本发明一个实施方式的电极接合结构体的制造***的制造生产线的框图。
图2是表示作为第二基板的一个例子的电子设备的主基板(母板)的概略构成的俯视图。
图3是表示作为第一基板的一个例子的电子零件模块的模块基板的概略构成的俯视图。
图4是表示向主基板的连接区域供给了接合材料的状态的连接区域的俯视图。
图5是表示热压接单元内部的各构件的配置的俯视图。
图6是表示热压接单元内部的各构件的配置的正视图。
图7是表示器具头的详细情况的正视图。
图8是表示热压接处理即将开始之前的状态的处理对象部分的局部剖视图。
图9是表示热压接处理刚刚开始之后的状态的处理对象部分的局部剖视图。
图10是表示热压接处理中一部分处理结束后的状态的处理对象部分的局部剖视图。
图11是表示热压接处理中大部分处理结束后的状态的处理对象部分的局部剖视图。
图12是示意性地表示通过热压接处理形成的固化焊料的形状的俯视图。
图13是表示本发明的另一个实施方式的电极接合结构体的制造***中所使用的器具头的详细情况的正视图。
图14是表示本发明的又一个实施方式的电极接合结构体的制造***中所使用的器具头的详细情况的正视图。
图15是表示本发明的再一个实施方式的电极接合结构体的制造***中所使用的器具头的详细情况的正视图。
图16是将采用现有的电极接合方法的热压接处理部分放大来表示的局部剖视图。
图17是用于说明现有的电极接合方法的问题的将热压接处理部分放大来表示的局部剖视图。
具体实施方式
本发明的电极接合方法包括以下工序：(i)供给挠性第一基板的工序，上述挠性第一基板具有第一面以及与第一面相反一侧的第二面，上述第一面具有第一连接区域，上述第一连接区域设置有包含多个第一电极的第一电极群；(ii)供给第二基板的工序，上述第二基板具有第二连接区域，上述第二连接区域设置有包含与多个第一电极相对应的多个第二电极的第二电极群；(iii)向第一电极群以及第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料的工序；以及(iv)使第一电极群与第二电极群的位置对齐，从而使得第一电极群与第二电极群隔着接合材料相对置的工序。
而且，在本发明的电路构件的电极接合方法中，(v)使用抵接在第二面的与第一连接区域相对应的按压区域的加热器具。使用该器具，实施在将一个以上的第一电极朝向相对应的一个以上的第二电极进行加压的同时将第一电极以及第二电极加热到热固性树脂固化的温度的接合处理。一边使器具从上述一个以上的第一电极的处理位置移动到未实施接合处理的另外一个以上的第一电极的处理位置，一边依次实施接合处理。
导电性粒子没有特别限定，可以使用焊料粒子、镍粒子、镀金树脂粒子等，即使在热固性树脂的固化不充分的情况下，从容易确保电极之间的电连接的观点考虑，也优选使用焊料粒子。当使用焊料粒子时，在接合处理中，在将第一电极朝向第二电极进行加压的同时将第一电极以及第二电极加热到焊料粒子熔融的温度，由此熔融焊料在电极之间浸润扩展，形成焊料接合部。因此，与使用镍粒子、镀金粒子等的情况相比，电极之间的电连接可靠性提高。
以下，以将包含挠性基板(第一基板的一个例子；模块基板)的电子零件模块安装于各种电子设备的主基板(第二基板的一个例子；母板)的情况为例，对本发明进行说明。在上述的例子中，多个模块电极一并配置在模块基板的一个面(第一面)的一个区域(第一连接区域)上。另一方面，在主基板中，与模块电极相对应的多个电极(以下称为基板电极)也一并配置在一个区域(第二连接区域)。
并且，使模块基板的连接区域与主基板的连接区域相对置，向两者之间供给包含用于将电极之间接合的焊料粒子(导电性粒子的一个例子)和未固化的热固性树脂(以下也称为未固化树脂)的接合材料。
以往，如图16所示，使用具有面积比各连接区域ARC大的按压面的加热器具102。由此，从模块基板104之上，同时对连接区域ARC整体进行加压以及加热。其结果是，通过焊料粒子112的熔融物同时将存在于连接区域ARC的全部模块电极106与主基板108的全部基板电极110接合。另外，此时，在连接区域ARC的全部区域同时加热未固化树脂114以使其固化，由此形成树脂补强部。以下，将这样的处理也称为热压接处理。在此，例如会产生如下的各种弊端：模块基板104的厚度不均匀；模块电极106的高度不均匀；或者进一步如图17所示的那样由于大负荷而使得加热器具102的按压面倾斜。
例如，如图17所示，对于一部分电极106(A)以及110(A)而言，加压力变得过大，从而未固化树脂114从连接区域ARC大量溢出，或者产生熔融焊料116大幅扩展的过剩流动。熔融焊料116的过剩流动会成为电极之间产生电连接不良的主要原因。此外，在另外一部分电极106(B)与110(B)之间，有时焊料的加压以及加热不充分，使得电极之间的电连接变得不充分或者没有形成足够强度的焊料接合部。由于以上情况，基板之间的连接可靠性降低。
此外，若基板为例如有机基板，则有时会包含挥发成分。另外，就算是除此以外的基板，基板有时也会在保存中或搬运中吸湿。在这样的情况下，若利用具有较大面积的按压面的加热器具对连接区域整体进行加热，则会产生大量的气体或者蒸汽，并且扩展到较大面积的未固化树脂同时会固化。因此，大量产生的气体不会被释放到外部，而是容易作为空隙残存在固化树脂中。
与此相对，根据本发明，使用具有较小面积的按压面的加热器具，而且仅代表性地对每一个电极和其周围的部分进行加压，因此不易产生负荷的不均。所以，能够对相对置的模块电极106和基板电极110的每一个组施加基本相同的压力，能够防止焊料的加压在一部分电极之间变得过剩或不充分。此外，由于仅以较短时间加热连接区域，因此基板即使吸湿或含有挥发成分，也能够抑制所产生的气体量，从而能够抑制空隙的产生。此外，由于存在于较小面积中的具有的未固化树脂仅仅是暂时固化，因此所产生的气体容易释放到外部，从而能够进一步抑制空隙的产生。所以，能够使树脂补强部的强度提高，从而能够使基板之间的连接可靠性提高。
此外，以往由于设备的小型化的需求，如图16以及17所示，在大多数情况下，模块基板的连接区域ARC的外缘基本上是与模块基板本身的外缘重合的。即，在大多数情况下，电极被设置到模块基板的侧端部附近为止。在这样的情况下，例如从模块基板的侧边溢出到外侧的树脂有时会附着在加热器具的按压面上。为了防止这种情况，例如需要在模块基板纸上覆盖Teflon(注册商标)片118，从其上按压加热器具102的按压面。其结果是，制造的工序数增多，并且Teflon(注册商标)片的劣化也由于加压以及加热而变快，所以更换的时间以及费用增多。
与此相对，根据本发明，使用较小按压面的加热器具，而且典型地以小的加压力对每一个电极进行加热，因此未固化树脂不易从模块基板的侧边等溢出到外侧，并且加热器具的按压面也不易从模块基板纸之上突出到外侧。其结果是，就没有如上所述将片覆盖在模块基板之上的必要性，能够降低工序数和费用。
并且，由于加热器具的按压面的面积小，所以能够减小通过加热器具对模块基板所施加的负荷。例如，在与主基板的连接区域相对应的部分的基板内部或者其里侧配置有其他电子零件的情况下，能够减小对这些电子零件所施加的负荷。因此，通过热压接处理，能够防止电子零件、特别是设置在主基板上的其他电子零件损伤。例如，根据本发明，还容易将加热器具的按压面的面积设定为专利文献1的情况下的1/8～1/10，所以也就容易通过加热器具将对模块基板以及主基板所施加的负荷设定为1/8～1/10。由此，能够将对设置于与连接区域相对应的区域的电子零件所施加的负荷也设定为例如1/8～1/10。此外，在以往由于热压接时施加大的负荷而无法设置电子零件的基板上的区域，也能够设置电子零件。由此，设计的自由度变大，也能够有效利用基板上的空间。因此，电子设备的小型化变得更加容易。
另外，通过将加热器具按压在挠性模块基板的按压面上来进行热压接处理，就能够利用加热使挠性模块基板变得更加柔软。因此，模块基板就容易追随加热器具的移动而变形，从而就没有必要为了使各电极正对向而增大对置面的面积，能够缩小电极之间的距离。由此，将电子零件小型化变得容易。
在本发明的电极接合方法中，在实施上述工序(v)的期间，优选加热器具对按压区域施加的加压力固定。通过一边以固定的加压力进行加压一边将一个以上的第一电极与相对应的一个以上的第二电极依次接合，能够使各个接合部的强度变得均匀。由此，接合可靠性提高。另外，由于形成在各个接合部周围的固化树脂的固化程度也被均匀化，所以还能够使接合补强部的强度均匀化。由此，能够进一步提高接合可靠性。此外，从减小加热器具的按压面的面积的观点考虑，优选将第一电极与第二电极每一组进行接合，优选同时接合至多20组、最好10组左右的第一电极与第二电极。虽然还要依赖于设备，但以往通过一个加热器具将超过20组的电极同时接合也是平常的。若与这样的情况相比，则例如即使同时接合20组的第一电极与第二电极的组，加热器具所施加的负荷也能够降低到数分之一。
此外，通过以固定速度移动器具，能够形成强度更加均匀的接合部，并且能够使形成在连接区域内的各部的树脂补强部处的未固化树脂的固化程度更加均匀。由此，能够进一步使接合可靠性提高。此外，器具代表性地以直线状移动。然而，在各连接区域内以锯齿形设置有电极这样的情况下，也能够使器具与此相对应地也以锯齿形移动。同样地，根据电极的配置，能够使器具以画圆弧的方式移动，或者沿着其他各种各样形状的轨跡移动。
在此，接合材料优选以成形为薄膜状的状态向各电极之间供给。由此，能够以单纯的作业来供给接合材料。其结果是，能够使用结构更简单的机械来供给接合材料，实现成本降低。另外，能够容易地缩短制造的间歇时间(tact time)。此外，若与例如利用涂布来供给接合材料的情况相比，则能够容易地使接合材料的厚度在连接区域内的各部均匀化。由此，能够使连接区域内的各部的树脂补强部的强度均匀化，能够使基板之间的连接可靠性提高。此外，成形为薄膜状的接合材料通常粘度比通过涂布来供给的糊状的接合材料的粘度高，因此第一基板与第二基板的连接区域通过接合材料以一定程度的强度预先被固定。因此，使加热器具移动时不易发生第一基板与第二基板的错位。
另一方面，本发明的电极接合结构体的制造方法包括下述工序：(i)供给挠性第一基板的工序，上述挠性第一基板具有第一面以及与第一面相反一侧的第二面，上述第一面具有第一连接区域，上述第一连接区域设置有包含多个第一电极的第一电极群；(ii)供给第二基板的工序，上述第二基板具有第二连接区域，上述第二连接区域设置有包含与多个第一电极相对应的多个第二电极的第二电极群；(iii)向第一电极群以及第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料的工序；以及(iv)使第一电极群与第二电极群的位置对齐，从而使得第一电极群与第二电极群隔着接合材料相对置的工序。
而且，上述制造方法(v)使用抵接在第二面的与第一连接区域相对应的按压区域的加热器具。通过加热器具，实施在将一个以上的第一电极朝向相对应的一个以上的第二电极进行加压的同时将第一电极以及第二电极加热到热固性树脂固化的温度的接合处理。并且，一边使器具从一个以上的第一电极的处理位置移动到未实施接合处理的另外一个以上的第一电极的处理位置，一边依次实施接合处理。
本发明的电极接合结构体的制造***涉及将挠性第一基板安装于第二基板来制造电极接合结构体的***。此时，同样地，第一基板具有第一面以及与第一面相反一侧的第二面，上述第一面具有第一连接区域，上述第一连接区域设置有包含多个第一电极的第一电极群；第二基板具有第二连接区域，上述第二连接区域设置有包含与多个第一电极相对应的多个第二电极的第二电极群。本***具备：载台，其支撑第二基板；接合材料供给单元，其向第一电极群以及第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料；以及配置单元，其对被载台所支撑的第二基板配置第一基板，以使第一电极群与第二电极群的位置对齐，从而使得第一电极群与第二电极群隔着接合材料相对置。
上述***还具有接合处理单元，其包含抵接在第二面的与第一连接区域相对应的按压区域的加热器具。而且，通过加热器具，实施在将一个以上的第一电极朝向相对应的一个以上的第二电极进行加压的同时将第一电极以及第二电极加热到热固性树脂固化的温度的接合处理。并且，一边使器具从上述一个以上的第一电极的处理位置移动到未实施接合处理的另外一个以上的第一电极的处理位置，一边依次实施接合处理。
在此，器具与按压区域的抵接部优选形成了倒角。由此，能够在不损伤第一基板的情况下，一边以固定的加压力使器具与按压区域抵接，一边使其顺畅地移动。因此，器具的等速移动以及以固定的加压力进行加压会变得容易。因此，能够容易地使基板之间的连接可靠性提高。另外，由于器具与按压区域之间的摩擦力降低，所以能够有效地防止挠性第一基板被摩擦力拉伸而在第一电极与第二电极之间产生错位。
另外，从使器具顺畅地移动这样的观点考虑，优选在器具的与按压区域的抵接部设置旋转体。
此外，在本发明的电极接合结构体的制造***中，器具的与按压区域的抵接部可以包含：高温部，其具有第一温度；以及低温部，其具有比第一温度低的第二温度，其与上述高温部以之间夹着绝热材料的方式相邻(参照图13)。此时，将低温部配置在比高温部更靠器具的移动方向上的前侧。由此，能够在预先通过低温部对按压区域进行加压后通过高温部一边加压一边加热。其结果是，在低温部，能够在相对置的电极之间有效地捕捉焊料粒子；在高温部，能够一边施加充分的加压力一边加热焊料粒子，从而形成足够强度的接合部。另外，即使在使用了固化非常快的丙烯酸系的树脂作为未固化树脂这样的情况下，也能够不被未固化树脂的固化妨碍地对未固化树脂中的焊料粒子施加充分的加压力。而且，通过使用这样的固化快的树脂，能够更加迅速地完成树脂补强部的形成，从而能够大幅地使生产率提高。
另外，作为上述制造***的其他方式，器具包含与按压区域的抵接部位于一端部的轴体，轴体优选相对于按压区域的法线方向倾斜，以使该轴体的另一个端部位于比抵接部更靠器具的移动方向上的前侧(参照图14)。由此，能够在进行加压之前先通过轴体的另一个端部预先对未固化树脂进行加热。其结果是，即使在使用了固化慢但是固化树脂的物性更加良好的树脂例如环氧树脂、酚醛树脂以及聚氨酯树脂等作为未固化树脂这样的情况下，也能够更快地形成树脂补强部。由此，能够兼顾良好的基板之间的连接可靠性与良好的生产率。
在此，接合处理单元优选包含用于使器具对按压区域施加的加压力固定的加压力固定化机构。这样的加压力固定化机构可以由产生加压力的致动器、检测加压力的传感器和基于传感器的检测值来控制致动器的反馈控制部构成。
上述制造方法在第一基板为电子零件模块的基板、第二基板为各种电子设备的主基板或者母板的情况下能够适合地使用。
根据上述制造方法或制造***，能够高效地得到连接可靠性高的电极接合结构体，其具备：挠性第一基板，其具有设置有第一电极群的第一接合区域；第二基板，其具有设置有与第一电极群对应的第二电极群的第二接合区域；以及接合部(例如焊料接合部)，其将第一接合区域与第二接合区域电连接，并且由导电性粒子形成。例如，在第一基板包含于电子零件模块、第二基板包含于母板的情况下，可以得到连接可靠性高的带有电子零件模块的母板。而且，所得到的电极接合结构体的焊料接合部包含树脂部分(树脂补强部)和分散于树脂部分中的金属部分。金属部分具有扁平形状，上述扁平形状具有相互正交的长径a和短径b，并且长径的方向朝向一个方向取向。
可以得到上述那样形状的金属部分是因为，一边使加热器具从最初的第一电极的处理位置移动到未实施接合处理的其他的第一电极的处理位置，一边依次实施在将第一电极朝向与其对应的第二电极进行加压的同时进行加热的接合处理。在接合处理中，熔融焊料在热固性树脂中被加热器具向与加热器具的移动方向平行的方向拉伸。然后，凝固后的固化焊料(即金属部分)的与基板表面平行的形状为向第一基板以及第二基板的面方向延伸而成的扁平形状，并且成为具有长径a和短径b的细长形状(例如长圆形)。
如图16所示，当使用具有面积比各连接区域ARC大的面积的按压面的加热器具102对连接区域ARC整体同时进行加压时，焊料接合部的金属部分的形状从加压面进行观察时为圆形。圆形的金属部分容易在电极之间形成点状的接合部，在提高电极之间的接合强度上存在极限。另一方面，具有长径a和短径b的细长形状的金属部分能够在电极之间形成带状的接合部，因此对于提高电极之间的接合强度是有利的。此外，可以得到对于在与长径a平行的方向上所施加的拉伸应力或收缩应力极强的结构。
在此，金属部分的长径a与短径b之比即a/b优选为1.2～10，更优选为1.5～7，进一步优选为1.5～5。通过将a/b比设定为1.2以上，提高电极之间的接合强度的效果变得显著。另外，对于在与长径a平行的方向上所施加的拉伸应力或收缩应力的阻力也充分地提高。其中，为了增大a/b比，需要增大接合处理中的加热器具的移动速度，当加热器具的移动速度过大时，接合材料容易从连接区域ARC溢出。因此，a/b比优选设定为10以下。
在电极接合结构体的优选形态中，构成第一电极群的多个第一电极分别为直线形状(例如股线状)，并且相互平行地排列在第一连接区域，构成第二电极群的多个第二电极也分别为直线形状，并且相互平行地排列在第二连接区域。第一电极和第二电极的长度方向还相互平行。而且，焊料接合部的金属部分的长径a的取向方向与第一电极的长度方向以及第二电极的长度方向所成的角度的绝对值为60～90°。若为这样的结构，则第一电极和第二电极的长度方向与金属部分的长径a以大角度相交，各电极与金属部分的接触面积增大，剥离强度进一步提高。
在焊料接合部中，树脂部分在树脂部分与金属部分的总计中所占的比例优选为80～99.8体积％，更优选为90～99.5体积％。通过将金属部分的体积比例控制在上述范围，能够防止相邻的第一电极之间或第二电极之间发生短路，并且能够形成可靠性高的焊料接合部。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图1通过框图来表示作为本发明一个实施方式的电极接合结构体的制造***的一个例子的制造生产线的构成。
图示例的生产线10是用于在便携电子设备的主基板上安装液晶显示模块等电子零件模块的生产线，其具备向生产线供给主基板的基板供给单元1以及向主基板供给接合材料的接合材料供给单元2。由基板供给单元1供给的主基板放置在由传送带12输送的载台14之上。
生产线10还具备向生产线供给包含第一基板的电子零件模块的模块供给单元3。由模块供给单元3供给的电子零件模块相对于供给了接合材料的主基板，以规定的位置关系放置在载台14之上。即，进行作为第二基板的主基板的第二电极群(基板电极)与电子零件模块的第一电极群(模块电极)的位置对齐，以使第一电极群与第二电极群隔着接合材料相对置的方式供给电子零件模块。另外，生产线10具备由接合材料连接主基板与模块基板的热压接单元4以及回收由该连接所形成的电极接合结构体(带有电子零件模块的基板)的回收单元5。
图2以及图3分别表示第一基板以及第二基板的一个例子。
如图2所示，在作为第二基板的一个例子的主基板16上安装有CPU 16a或电容器16b等各种电子零件。CPU 16a包含半导体元件61以及半导体元件安装基板62。并且，主基板16的靠近一个端部的部分(图中右端的部分)形成有连接区域ARC1，该连接区域ARC1设置有多个(图示例中为5个)基板电极20(第二电极群)。而且，设置在连接区域ARC1上的多个基板电极20分别与配线16c(参照图4)连接。此外，在图2中，省略了设置在主基板16的零件安装面(纸面中上侧的面)上的配线(例如图4的配线16c)的图示。
另一方面，如图3所示，例如作为液晶显示模块构成的电子零件模块18包含作为第一基板的一个例子的模块基板22、安装于模块基板22的液晶驱动部18a和液晶面板18b。而且，在模块基板22的靠近一个端部的部分(图中左端的部分)形成有连接区域ARC2，该连接区域ARC2设置有多个(图示例中为5个)模块电极24(第一电极群)。
接着，参照图4，对通过接合材料供给单元3对第二基板的连接区域供给接合材料的工序进行说明。
图4通过俯视图来放大表示图2的主基板的连接区域附近的部分。图4中未图示主基板16其本身。图示例中，成形为薄膜状并裁断成规定形状(例如长方形)的接合材料32以与连接区域ARC1重叠的方式放置在主基板16之上。成形为薄膜状的接合材料32例如可以使用能够在主基板16的上方纵横移动且能够升降的吸引喷嘴来放置在连接区域ARC1上。
薄膜状的接合材料32可以通过以下方法获得：将作为导电性粒子的焊料粒子32a与未固化的热固性树脂32b混炼来制备混合物，将制得的混合物成形为薄膜状。这样的接合材料32作为各向异性导电性粘接剂起作用。即，在相对置的电极之间沿着压力的施加方向赋予导电性，而在与压力的施加方向垂直的方向上不赋予导电性。此外，接合材料的供给形态不限于使用薄膜状的接合材料32的形态。例如，也可以通过分配器将糊状的接合材料涂布于连接区域ARC1，由此供给到各个基板电极20。
热固性树脂没有特别限定，可以使用环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂等。热固性树脂也可以包含固化剂、固化促进剂等。作为固化剂，优选使用酸酐、脂肪族或芳香族胺、咪唑或其衍生物等；作为固化促进剂，可以例示双氰胺等。热固性树脂中还可以含有反应性稀释剂、炭黑、无机陶瓷粒子等充填剂。热固性树脂的粘度例如可以通过改变反应性稀释剂、无机陶瓷粒子的含量来控制。热固性树脂中也可以含有助焊剂中所含的活性剂等成分。由此，即使在热固性树脂浸入电路构件的电极之间这样的情况下，也可以更加可靠地确保熔融焊料与电极的润湿性。
作为焊料的具体例子，可以列举出：Sn-Bi合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Bi-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Sb合金、Sn-Ag合金、Sn-Ag-Cu-Bi合金、Sn-Ag-Bi-In合金、Sn-Ag-Cu-Sb合金、Sn-Zn合金、Sn-Zn-Bi合金等，但没有特别限定。除了上述的将Sn作为基础材料的焊料以外，也可以使用例如金焊料。
图5以及图6表示热压接单元的内部结构。
图5通过俯视图来表示放置在载台14上的基板16以及电子零件模块18被传送带12输送到热压接单元4的内部的状态。图6是该状态的正视图。
如图5以及图6所示，在热压接单元4的内部设置有加热器具26。在加热器具26的下端部，安装有器具头28。通过致动器72对加热器具26赋予加压力。致动器72可以使用气缸、油压缸、电动机等。例如，通过致动器使用气缸或油压缸，能够容易地使通过加热器具26所施加的加压力固定。另外，在使用电动机作为致动器的情况下，在安装有器具头28的加热器具26的前端部(下端部)设置加压力传感器74，将其检测值输入反馈控制部76，对加压力进行反馈控制，由此能够容易地使加压力固定。
反馈控制部76可以通过使用反馈控制的补偿器的设计器具(例如The MathWorks公司制的程序)，利用电脑等来容易地实现。
图7放大表示器具头。器具头28包含台座28a和抵接部30。抵接部30的角部形成有倒角部30a。由此，能够防止由于抵接部30而损伤模块基板22。另外，能够一边使抵接部30以固定的加压力抵接于模块基板22，一边使加热器具顺畅地移动。因此，能够使加热器具的等速移动以及以固定的加压力进行加压变得容易。所以，能够容易地使基板之间的连接可靠性提高。
接着，参照图8～图10，对使用加热器具在电极之间形成具有树脂部分(树脂补强部)以及分散在树脂部分中的金属部分的焊料接合部的工序进行说明。此外，在这些图中，仅对热压接单元的器具头进行图示，省略了对于加热器具的主体的图示。
图8中，位于连接区域ARC1的各基板电极20与位于连接区域ARC2的各模块电极24相对置地配置。此时，器具头28位于选自作为第一电极群的多个模块电极24中的一个以上的第一电极的上方。该位置为接合处理的最初的处理位置。在接合处理开始时，器具头28的抵接部30优选被加热到固定温度(例如150～250℃)。由此，即使在最初的处理位置，也能够使热固性树脂充分地固化，能够实现焊料粒子32a的迅速熔融。
接着，如图9所示，在上述最初的处理位置，抵接部30以固定的加压力(例如0.5～1.5Pa的加压力)抵接于模块基板22的与连接区域ARC2相反一侧的面(即第二面)中的按压区域ARP的一端部。
其结果是，如图10所示，存在于与最初的处理位置相对应的按压区域ARP(图中为第一基板22的左端部)的下侧的接合材料32一边被加压一边被加热。由此，加热后的焊料粒子32a熔融，形成熔融焊料36。然后，存在于熔融焊料36周围的部分的未固化树脂32b进行固化反应，由此由固化物形成树脂补强部34。当经过规定时间时，熔融焊料36的温度降低，变化成固化焊料38(参照图11)。
从图10的状态，使器具头28以固定速度VT(例如1mm/秒≤VT≤10mm/秒)向图中箭头的方向移动。即，使器具头28从最初的第一电极的处理位置移动到未实施接合处理的其他的第一电极的处理位置，然后移动至未实施接合处理的另外的第一电极的处理位置。由此，在这些处理位置形成熔融焊料36，当经过规定时间时，熔融焊料36变成固化焊料38。其结果是，如图11所示，位于连接区域ARC2的模块电极24与相对应的基板电极20依次被固化焊料38接合。另外，接合材料32中的未固化树脂32b固化，在固化焊料38周围依次形成作为焊料接合部的树脂部分的树脂补强部34。如上那样操作，连接主基板16与电子零件模块18的模块基板22。
图12示意性地表示通过如上所述那样的热压接处理形成的焊料接合部的金属部分(固化焊料)的形状。如图12所示，固化焊料38具有沿着加热器具26的移动方向(图中以箭头表示的方向)延伸而成的形状。即，固化焊料38为向作为第二电极的基板电极20以及作为第一电极的模块电极24的面方向延伸而成的扁平形状。而且，该扁平形状为具有相对于第二电极20的长度方向以大致90°相交的长径a和与长径a垂直的短径b的长圆形。此外，第二电极20的长度方向与固化焊料的长径a所成的角度优选大致为直角，只要为例如60°以上且90°以下就行。
(实施方式2)
图13通过正视图来表示本发明的另一个实施方式的制造***中所使用的加热器具的器具头。
图示例的器具头40与实施方式1的器具头28同样地，具备台座40a和抵接部42。器具头40的抵接部42被绝热材料42a划分为高温部42b和低温部42c。绝热材料42a的材料没有特别限定，例如可以使用耐热性高的玻璃棉、岩棉、纤维素纤维以及碳化软木等纤维系绝热材料或酚醛泡沫等发泡系绝热材料。绝热材料42a的厚度没有特别限定，可以设定为例如1～5mm。
高温部42b优选例如加热到与实施方式1的抵接部30相同程度的温度。低温部42c只要为比高温部42b低的温度就行，但将其加热到与高温部42b的温度差为例如50℃以上的规定温度。此外，也可以在抵接部42上，与实施方式1同样地形成倒角部。另外，作为仅对高温部42b进行局部加热的方法的一个例子，可以列举出：将灯丝等热源仅埋入高温部42b。或者，也可以在加热器具26等处设置热源，将被该热源加热的热介质的循环流路仅形成在高温部42b一侧。
而且，低温部42c配置在加热器具26的移动方向(图中由箭头所示的方向)上比高温部42b更靠前侧(图13中为右侧)。通过将低温部42c配置在加热器具26的移动方向的前侧，能够先通过低温部42c对模块基板22加压，然后通过高温部42b对模块基板22加热。其结果是，即使在使用了固化非常快的丙烯酸系树脂作为未固化树脂这样的情况下，也不会由于未固化树脂的固化而妨碍焊料粒子的加压，能够一边对焊料粒子施加足够的加压力，一边加热焊料粒子而形成足够强度的接合部。而且，通过使用这样的固化快的树脂，能够迅速地完成树脂补强部的形成，使生产率大幅度提高。
(实施方式3)
图14通过正视图来表示本发明的又一个实施方式的制造***中所使用的加热器具的器具头。
图示例的器具头44与实施方式1的器具头28同样地，具备台座44a和抵接部46。器具头44的抵接部46在台座44a的下表面形成有倾斜地设置的轴体48的前端部(下端部)。对于轴体48而言，其根本的部分(上端部)以位于比前端部(抵接部46)更靠加热器具26的移动方向(图中由箭头所示的方向)上的前侧的方式倾斜。此时，对于轴体48而言，其根本的部分以位于比前端部更靠加热器具26的移动方向上的前侧的方式，相对于处理前的按压区域ARP的法线方向倾斜。
根据图示例的器具头44，在由抵接部46对按压区域ARP进行加压之前，由轴体48的上端部预先加热未固化树脂。因此，即使在使用了虽然固化慢但固化物的物性更加良好的树脂(例如环氧树脂等)作为热固性树脂这样的情况下，也能够在加压之前开始树脂的加热。所以，能够更快地形成树脂补强部，能够以更大的速度使器具头28移动。由此，还能够兼顾更高的基板之间的连接可靠性和更高的生产率。
(实施方式4)
图15通过侧视图来表示本发明的再一个实施方式的制造***中所使用的加热器具的器具头。
图示例的器具头50与实施方式1的器具头28同样地，具备台座50a和抵接部52。器具头50的抵接部52包含被台座50a可旋转地支撑的一个以上的旋转体54。旋转体54的圆周面的移动方向与沿着第一基板的按压区域移动的加热器具的移动方向平行。
根据图示例的器具头54，能够有效地降低抵接部52与按压区域的摩擦力，因此能够使加热器具26顺畅地移动。
产业上的可利用性
根据本发明，当以包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料将第一基板的第一电极群与第二基板的第二电极群接合时，不易产生负荷的不均，而且能够防止在由热固性树脂的固化形成的树脂补强部产生空隙。因此，例如能够以高可靠性实现包含柔性基板的电子零件模块与各种电子设备的主基板的连接。本发明特别是在便携型电子设备和要求精密性的电子设备的制造中是有用的。
就目前的优选实施方式对本发明进行了说明，但不能限定性地解释这样的公开内容。通过研读上述公开内容，属于本发明的技术领域中的本领域技术人员会毫无疑义地知晓各种变形及改变。因此，应当解释为所附的权利要求书包括不脱离本发明的真正的精神及范围的所有的变形及改变。
符号说明
1：基板供给单元；2：接合材料供给单元；3：模块供给单元；4：热压接单元；10：生产线；16：主基板；18：电子零件模块；20：基板电极；22：模块基板；24：模块电极；26：加热器具；28、40、44、50：器具头；30、42、46、52：抵接部；32：接合材料；32a：焊料粒子；32b：未固化树脂；34：树脂补强部；38：焊料接合部；48：轴体；54：旋转体；72：致动器；74：加压力传感器；76：反馈控制部；ARC1、ARC2：连接区域；ARP：按压区域。

Claims (16)

1.一种电极接合方法，其包括下述工序：
(i)供给挠性第一基板的工序，所述挠性第一基板具有第一面以及与所述第一面相反一侧的第二面，所述第一面具有第一连接区域，所述第一连接区域设置有包含多个第一电极的第一电极群；
(ii)供给第二基板的工序，所述第二基板具有第二连接区域，所述第二连接区域设置有包含与所述多个第一电极相对应的多个第二电极的第二电极群；
(iii)向所述第一电极群以及所述第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料的工序；
(iv)使所述第一电极群与所述第二电极群的位置对齐，从而使得所述第一电极群与所述第二电极群隔着所述接合材料相对置的工序；以及
(v)使用抵接在所述第二面的与所述第一连接区域相对应的按压区域的加热器具，一边使所述器具移动一边依次实施接合处理的工序，所述接合处理是在将由所述多个第一电极选择出来的一个以上的所述第一电极朝向相对应的一个以上的所述第二电极进行加压的同时将所述第一电极以及所述第二电极加热到所述热固性树脂固化的温度，所述使所述器具移动是从所述选择出来的一个以上的所述第一电极的处理位置移动到未实施所述接合处理的另外一个以上的所述第一电极的处理位置。
2.根据权利要求1所述的电极接合方法，其中，所述导电性粒子包含焊料粒子，加热所述第一电极以及所述第二电极的温度在所述焊料的熔融温度以上。
3.根据权利要求1或2所述的电极接合方法，其中，在实施所述工序(v)的期间，所述加热器具对所述按压区域施加的加压力固定。
4.根据权利要求1或2所述的电极接合方法，其中，在实施所述工序(v)的期间，使所述器具以固定速度移动。
5.根据权利要求1或2所述的电极接合方法，其中，所述接合材料成形为薄膜状。
6.一种电极接合结构体的制造方法，其包括下述工序：
(i)供给挠性第一基板的工序，所述挠性第一基板具有第一面以及与所述第一面相反一侧的第二面，所述第一面具有第一连接区域，所述第一连接区域设置有包含多个第一电极的第一电极群；
(ii)供给第二基板的工序，所述第二基板具有第二连接区域，所述第二连接区域设置有包含与所述多个第一电极相对应的多个第二电极的第二电极群；
(iii)向所述第一电极群以及所述第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料的工序；以及
(iv)使所述第一电极群与所述第二电极群的位置对齐，从而使得所述第一电极群与所述第二电极群隔着所述接合材料相对置的工序；以及
(v)使用抵接在所述第二面的与所述第一连接区域相对应的按压区域的加热器具，一边使所述器具移动一边依次实施接合处理的工序，所述接合处理是在将由所述多个第一电极选择出来的一个以上的所述第一电极朝向相对应的一个以上的所述第二电极进行加压的同时将所述第一电极以及所述第二电极加热到所述热固性树脂固化的温度，所述使所述器具移动是从所述选择出来的一个以上的所述第一电极的处理位置移动到未实施所述接合处理的另外一个以上的所述第一电极的处理位置。
7.根据权利要求6所述的电极接合结构体的制造方法，其中，所述第一基板包含在电子零件模块中，并且所述第二基板包含在母板中。
8.根据权利要求6或7的电极接合结构体的制造方法，其中，所述导电性粒子包含焊料粒子，加热第一电极以及所述第二电极的温度在所述焊料的熔融温度以上。
9.一种电极接合结构体的制造***，其是将挠性第一基板安装于第二基板来制造电极接合结构体的***，其中，
所述第一基板具有第一面以及与所述第一面相反一侧的第二面，所述第一面具有第一连接区域，所述第一连接区域设置有包含多个第一电极的第一电极群，
所述第二基板具有第二连接区域，所述第二连接区域设置有包含与所述多个第一电极相对应的多个第二电极的第二电极群，
所述***具有：
载台，其支撑所述第二基板；
接合材料供给单元，其向所述第一电极群以及所述第二电极群中的至少一者供给包含导电性粒子以及热固性树脂的接合材料；
配置单元，其对被所述载台所支撑的所述第二基板配置所述第一基板，以使所述第一电极群与所述第二电极群的位置对齐，从而使得所述第一电极群与所述第二电极群隔着所述接合材料相对置；以及
接合处理单元，其包含抵接在所述第二面的与所述第一连接区域相对应的按压区域的加热器具，一边使所述器具移动一边通过所述器具依次实施接合处理，所述接合处理是在将由所述多个第一电极选择出来的一个以上的所述第一电极朝向相对应的一个以上的所述第二电极进行加压的同时将所述第一电极以及所述第二电极加热到所述热固性树脂固化的温度，所述使所述器具移动是从所述选择出来的一个以上的所述第一电极的处理位置移动到未实施所述接合处理的另外一个以上的所述第一电极的处理位置。
10.根据权利要求9所述的电极接合结构体的制造***，其中，所述导电性粒子包含焊料粒子，加热所述第一电极以及所述第二电极的温度在所述焊料的熔融温度以上。
11.根据权利要求9或10所述的电极接合结构体的制造***，其中，所述器具的与所述按压区域的抵接部形成了倒角。
12.根据权利要求9或10所述的电极接合结构体的制造***，其中，所述器具的与所述按压区域的抵接部包含旋转体。
13.根据权利要求9或10所述的电极接合结构体的制造***，其中，所述器具的与所述按压区域的抵接部包含：高温部，其具有第一温度；以及低温部，其具有比所述第一温度低的第二温度，其与所述高温部以之间夹着绝热材料的方式相邻，
所述低温部位于比所述高温部更靠所述器具的移动方向上的前侧。
14.根据权利要求9或10所述的电极接合结构体的制造***，其中，所述器具包含与所述按压区域的抵接部位于一端部的轴体，
所述轴体相对于所述按压区域的法线方向倾斜，以使所述轴体的另一个端部位于比所述抵接部更靠所述器具的移动方向上的前侧。
15.根据权利要求9或10所述的电极接合结构体的制造***，其中，所述接合处理单元包含用于使所述器具对所述按压区域施加的加压力固定的加压力固定化机构。
16.根据权利要求15所述的电极接合结构体的制造***，其中，所述加压力固定化机构包含：致动器，其产生所述加压力；传感器，其检测所述加压力；以及反馈控制部，其基于所述传感器的检测值来控制所述致动器。
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