JP5406974B2 - 熱圧着装置及び電気部品の実装方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば半導体チップやフレキシブルプリント配線板等の電気部品を配線基板上に実装する技術に関し、特に接着剤を用いて実装方式の異なる複数の電気部品を液晶表示装置用の配線基板上に実装する技術に関する。
従来、液晶表示装置（ＬＣＤ）用のガラス基板上にＩＣチップ（ベアチップ）やフレキシブルプリント配線板を直接実装する方法として、異方導電性接着剤を用いる方法が知られている。
このようなＣＯＧ（CHIP ON GLASS）、ＦＯＧ（FILM ON GLASS）方式の実装では、例えば図３（ａ）（ｂ）に示すように、ＬＣＤパネル１０２を設けたガラス基板１０１の実装領域１０１ａに異方導電性接着フィルム１０３、１０４を配置し、それぞれの上にＩＣチップ１０５、フレキシブルプリント配線板１０６を搭載した後に、金属製の熱圧着ヘッド１０７、１０８を用いてＩＣチップ１０５、フレキシブルプリント配線板１０６を加圧・加熱して熱圧着実装を行う。
しかしながら、このような従来の実装方法では、ＣＯＧ実装、ＦＯＧ実装という実装方式の異なる複数の電気部品に対して別個独立した工程が必要であり、実装効率が悪い等の問題がある。
これに対し、近年、熱圧着ヘッドとして、例えばエラストマーからなる弾性圧着部材を用いて熱圧着を行う技術が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
この従来技術によれば、従来各実装方式の電気部品毎に行っていた各実装工程を一括して行うことが可能になるため、実装効率を向上させることができる。
しかし、このような従来技術では、例えば図４に示すように、上下動可能な弾性圧着部材２０１を有する熱圧着ヘッド２００を上下動可能に構成するとともにステージ３００側に熱源３０１を配置する必要があるため、既存の熱圧着装置と比較して装置構成が複雑化するという問題がある。
また、従来技術では、熱圧着の際にガラス基板１０１側から実装領域１０１ａの全体を加熱することになるため、実装領域１０１ａに形成された配線パターン等にダメージを与えるおそれがあるという問題もある。
特開２００３−８６６３５号公報 特開２００６−２４５５５４号公報
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、簡素な構成の熱圧着装置で、接着剤を用いて実装方式の異なる複数の電気部品を効率良く実装可能な実装技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた本発明は、実装方式の異なる複数の電気部品を一括して熱圧着を行い実装するための熱圧着装置であって、剛性材料からなるステージと、前記ステージに装着され弾性材料からなる圧着部材と、前記圧着部材に対して上方に対向配置され、上下動可能に構成された加熱機構とを有し、前記加熱機構は、前記電気部品の接着剤によって接着される部分と同様の形状で、かつ、当該熱圧着の際に当該接着剤の広がる領域と同等の面積の加熱押圧面を有する熱圧着装置である。
本発明は、上述した熱圧着装置を用い、電気部品を配線基板上に実装する電気部品の実装方法であって、実装方式の異なる複数の電気部品を、その接続側面を上方に向けた状態で前記ステージの前記圧着部材上に配置するとともに、当該電気部品上に接着剤を介して前記配線基板を配置し、前記加熱機構を下降させ前記配線基板を前記電気部品に対して押圧することにより、当該配線基板と当該電気部品とを一括して熱圧着する工程を有する電気部品の実装方法である。
本発明では、前記接着剤として、結着樹脂中に導電粒子が分散された異方導電性接着フィルムを用いる場合にも効果的である。
本発明では、前記配線基板が、液晶表示装置用の配線パターンが形成された基板である場合にも効果的である。
本発明装置の場合、剛性材料からなるステージに弾性材料からなる圧着部材を装着し、上下動可能に構成された加熱機構を圧着部材に対して上方に対向配置したことから、ステージ側に熱源を配置する必要はなく、既存の熱圧着装置に多少の改造を施すだけで済む簡素な構成の熱圧着装置を提供することができる。
また、本発明によれば、弾性材料からなる圧着部材がステージ側に設けられており確実に固定することができるので、ファインピッチの電極を有する電気部品の接続の際においても、安定して熱圧着を行うことができる。
本発明においては、加熱機構が、電気部品の接着剤によって接着される部分と同様の形状で、かつ、当該熱圧着の際に当該接着剤の広がる領域と同等の面積の加熱押圧面を有することから、熱圧着の際に例えば基板側から電気部品の実装領域、即ち接着剤の広がる領域と同等の領域のみを加熱することができるため、液晶表示装置等の配線パターンへのダメージを確実に回避することができる。
そして、本発明装置並びに方法によれば、従来各実装方式の電気部品毎に行っていた実装工程を一括して行うことができ、工程数を大幅に削減することができるので、例えば液晶表示装置の製造の際における異方導電性接着剤を用いた実装効率を大幅に向上させることができる。
本発明によれば、簡素な構成の熱圧着装置で、接着剤を用いて実装方式の異なる複数の電気部品を効率良く実装可能な実装技術を提供することができる。
本発明に係る熱圧着装置の実施の形態を示す部分断面図 （ａ）（ｂ）：同熱圧着装置を用いた実装方法の実施の形態を示す部分断面工程図 （ａ）：従来技術に係る熱圧着装置を用いた実装方法の例を示す斜視図（ｂ）：同従来技術に係る熱圧着装置を用いた実装方法の例を示す側面図 他の同従来技術に係る熱圧着装置を用いた実装方法の例を示す部分断面図
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る熱圧着装置の実施の形態を示す部分断面図、図２（ａ）（ｂ）は、同熱圧着装置を用いた実装方法の実施の形態を示す部分断面工程図である。
図１に示すように、本実施の形態の熱圧着装置１は、金属等の剛性材料からなるステージ２を備えている。
このステージ２は、鉛直方向には移動しないように固定された状態で設置されている。なお、ステージ２を水平方向に移動可能に構成することもできる。
ステージ２の上面部分には凹部２ａが形成されており、この凹部２ａには、プレート状のエラストマーからなる圧着部材３が凹部２ａに密着するように取り付けられている。
そして、後述するように、圧着部材３上には、例えばＩＣチップやフレキシブル基板等の実装方式の異なる複数の電気部品１０と、配線基板１２とが、結着樹脂２１中に導電粒子２２が分散された異方導電性接着フィルム（接着剤）２０を挟んで載置されるようになっている（図１においては、説明の都合上一つの電気部品１０のみが示されている。）。
圧着部材３は、その上面側に位置する圧着面３ａが水平となるように配置される。そして、圧着部材３の圧着面３ａは、電気部品１０の頂部１０ａの面積より大きくなるように構成されている。
本発明の場合、圧着部材３のエラストマーの硬さは特に限定されることなないが、接続信頼性を向上させる観点からは、ゴム硬度が４０以上８０以下のものを用いることが好ましい。
ゴム硬度が４０未満のエラストマーは、電気部品に対する圧力が不十分で初期抵抗及び接続信頼性が劣るという不都合があり、ゴム硬度が８０より大きいエラストマーは、接着剤のフィレット部分に対する圧力が不十分で結着樹脂中にボイドが発生して接続信頼性が劣るという不都合がある。
なお、本明細書では、エラストマーのゴム硬度として、ＪＩＳ Ｓ ６０５０に準拠する規格を適用するものとする（温度条件は室温：５〜３５℃）。
このようなエラストマーとしては、天然ゴム、合成ゴムのいずれも用いることができるが、耐熱性、耐圧性の観点からは、シリコーンゴムを用いることが好ましい。
なお、本発明の場合、圧着部材３の厚さは電気部品の厚さより厚ければ特に限定されることなないが、接続信頼性を向上させる観点からは、０．１〜２ｃｍに設定することが好ましい。
一方、ステージ２の圧着部材３の上方には、圧着部材３と対向する位置に加熱機構４が配設されている。
この加熱機構４は金属製の本体部４０を有し、この本体部４０内には、温度制御可能なヒーター５が設けられている。また、加熱機構４の本体部４０は、図示しない駆動機構によって鉛直方向に上下動するように構成されている。
さらに、本実施の形態の場合、加熱機構４の本体部４０は、熱圧着に使用する接着剤に対する加熱領域に応じた大きさの水平な加熱押圧面４０ａを有している。
例えば、図１に示す例の場合、加熱機構４の加熱押圧面４０ａは、電気部品１０の本体部分と同様の形状で、かつ、熱圧着の際に異方導電性接着フィルム２０の広がる領域と同等の領域の大きさ（面積）に形成されている。
なお、フレキシブル基板（図示せず）に対しては、当該フレキシブル基板の接着剤によって接着される領域と同様の形状で、かつ、熱圧着の際に接着剤の広がる領域と同等の大きさ（面積）に形成された加熱押圧面を有する加熱機構（図示せず）を用いるとよい。
本実施の形態において電気部品１０の実装を行うには、図２（ａ）に示すように、電気部品１０をステージ２の圧着部材３の圧着面３ａ上に配置する（実際上は、上述したように複数の電気部品１０をステージ２の圧着部材３の圧着面３ａ上に配置する）。
この場合、本実施の形態では、各電気部品１０を、その接続側面、即ち電極であるバンプ１１が設けられた側の面１０ｂを上方に向けた状態で圧着部材３上に配置する。
そして、これらの電気部品１０上に異方導電性接着フィルム２０を配置し、さらに配線基板１２を、電極パターン１３が形成された側の面１２ａを下にした状態で異方導電性接着フィルム２０上に配置する。
その後、図２（ｂ）に示すように、加熱機構４を下降させ、配線基板１２の裏側面１２ｂに加熱機構４の加熱押圧面４０ａを押し付けて位置決め（仮圧着）を行い、さらに、２００℃程度の温度で本圧着を行う。
これにより、当該熱圧着の際、異方導電性接着フィルムを、溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓ以上１．０×１０5ｍＰａ・ｓ以下となるように加熱する。
ここで、熱圧着の際の異方導電性接着フィルムの溶融粘度が１．０×１０2ｍＰａ・ｓ未満の場合は、熱圧着時の結着樹脂の流動性が大きく、ボイドが発生して初期抵抗及び接続信頼性が劣るという不都合があり、溶融粘度が１．０×１０5ｍＰａ・ｓより大きい場合は、熱圧着時に接続部分において結着樹脂が排除しきれず、初期抵抗及び接続信頼性が劣るという不都合がある。
なお、本圧着時の圧力は、電気部品１個当たり４ＭＰａ程度で１０秒程度とするとよい。
以上述べたように本実施の形態においては、剛性材料からなるステージ２に弾性材料からなる圧着部材３を装着し、上下動可能に構成された加熱機構４を圧着部材３に対して上方に対向配置したことから、ステージ２側に熱源を配置する必要はなく、既存の熱圧着装置に多少の改造を施すだけで済む簡素な構成の熱圧着装置を提供することができる。
また、本実施の形態によれば、弾性材料からなる圧着部材３がステージ２側に設けられており確実に固定することができるので、ファインピッチの電極を有する電気部品の接続の際においても、安定して熱圧着を行うことができる。
さらに、本実施の形態では、加熱機構４が、熱圧着に使用する接着剤に対する加熱領域に応じた大きさの加熱押圧面４０ａを有することから、熱圧着の際に配線基板１２側から電気部品の実装領域、即ち接着剤の広がる領域と同等の領域のみを加熱することができるため、液晶表示装置等の配線パターンへのダメージを確実に回避することができる。
そして、本実施の形態によれば、弾性材料からなる圧着部材３による押圧により、例えば、図２（ｂ）に示すように、ＩＣチップ等の電気部品１０の周囲の接着剤フィレット部２３に対してもボイドの生じないように加圧することができるので、従来各実装方式の電気部品毎に行っていた実装工程を一括して行うことができる。その結果、実装工程数を大幅に削減することができ、例えば液晶表示装置の製造の際における異方導電性接着剤を用いた実装効率を大幅に向上させることができる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、電気部品としてＩＣチップ、フレキシブル基板を実装する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、抵抗器、コンデンサ等を実装する場合に適用することはもちろんである。
また、上述の実施の形態においては、異方導電性接着フィルムを用いて電気部品を実装する場合を例にとって説明したが、ペースト状の異方導電性接着剤を用いることも可能であり、さらに、導電粒子を含有しない接着剤を用いることも可能である。
さらにまた、上述の実施の形態においては、熱圧着ヘッドの圧着部材についても、上記実施の形態のものに限られず、例えば、実装する電気部品に対応して複数の圧着部材を設けることもできる。
加えて、本発明は液晶表示装置用のガラス基板上に電気部品を実装する場合のみならず、種々の配線基板上に電気部品を実装する場合に適用することができる。
ただし、本発明は液晶表示装置用のガラス基板上に電気部品を実装する場合に特に実装効率を向上させることができるものである。
１……熱圧着装置
２……ステージ
３……圧着部材
４……加熱機構
５……ヒーター
１０……電気部品
２０……異方導電性接着フィルム（接着剤）
４０……本体部
４０ａ…加熱押圧面

Claims (4)

  1. 実装方式の異なる複数の電気部品を一括して熱圧着を行い実装するための熱圧着装置であって、
    剛性材料からなるステージと、
    前記ステージに装着され弾性材料からなる圧着部材と、
    前記圧着部材に対して上方に対向配置され、上下動可能に構成された加熱機構とを有し、
    前記加熱機構は、前記電気部品の接着剤によって接着される部分と同様の形状で、かつ、当該熱圧着の際に当該接着剤の広がる領域と同等の面積の加熱押圧面を有する熱圧着装置。
  2. 請求項１記載の熱圧着装置を用い、電気部品を配線基板上に実装する電気部品の実装方法であって、
    実装方式の異なる複数の電気部品を、その接続側面を上方に向けた状態で前記ステージの前記圧着部材上に配置するとともに、当該電気部品上に接着剤を介して前記配線基板を配置し、
    前記加熱機構を下降させ前記配線基板を前記電気部品に対して押圧することにより、当該配線基板と前記電気部品とを一括して熱圧着する工程を有する電気部品の実装方法。
  3. 前記接着剤として、結着樹脂中に導電粒子が分散された異方導電性接着フィルムを用いる請求項２記載の電気部品の実装方法。
  4. 前記配線基板が、液晶表示装置用の配線パターンが形成された基板である請求項２又は３のいずれか１項記載の電気部品の実装方法。
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