KR100894404B1

KR100894404B1 - 이방성 도전시트의 접합장치

Info

Publication number: KR100894404B1
Application number: KR1020080078219A
Authority: KR
Inventors: 황용태
Original assignee: 황용태
Priority date: 2008-08-09
Filing date: 2008-08-09
Publication date: 2009-04-20

Abstract

본 발명은 이방성도전시트의 접합장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파발진부와 진동자,부스타를 일식으로하는 초음파용착기(100); 진동을 제품에 전달하는 공구혼(HORN)(101); 공구혼이 제품을누르는 압착 량을 조절하는 서보구동기구(300); 공구혼의 압착과 진동에 의해 발생하는 제품 외관상처 보호용 패드 공급장치(110); 제품을 고정하는 지그(500) 및 상기 구성품과 회로적으로 연결된 시퀀스에 따라 순차적으로 작동시키며 제어하는 제어부로 구성되어 있다.

ACF접합, FPCB접합, 초음파접합, BONDING, 초음파BONDING, 패드 공급장치

Description

이방성 도전시트의 접합장치{BONDING APPARATUS OF ANISOTROPIC CONDUCTIVE FILM}

본 발명은 이방성 도전시트의 접합 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 초음파 진동을 이용하여 화면패널에 부착된 ITO(Indium-Tin Oxide)전극과 연결회로(FLEXIBLE PRINTED CIRCUITS BOARD;이하 FPCB라 칭함)를 실장(MOUNTING)하기 위해 사용되는 이방성도전시트(Anisotropic Conductive Film, 이하 ACF라 칭함)를 접합하는 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 초음파 발진부와 진동자, 부스타를 일식으로 하고 진동을 제품에 전달하는 공구혼을 구비한 가동부를 가지며 초음파 진동을 가하여 공구혼의 진동으로 각 부품의 접합 면에서 분자운동을 유도하고 이 분자운동에 의해 발생하는 열을 이용하여 계면접합을 하도록 한 초음파 용착기에서 화면패널의 ITO전극과 ACF, FPCB등으로 구성된 제품을 압착하는 압착량을 서보구동기구로 조절하고, 제품 외관에 발생하는 상처 보호용 실리콘 패드 공급장치를 설치하고, 제품의 이탈을 고정하는 지그와 상기 구성품과 회로 적으로 연결된 시퀀스에 따라 동작을 순차적으로 작동시키며 제어하는 제어부로 구성된 이방성 도전시트의 접합장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 최근에 사용되고 있는 이방성 도전시트(ACF)는 화면패널의 전극(ITO 전극)과 FPCB 사이에 위치하여 이들의 도전(導電)을 형성하면서 FPCB의 접합강도를 유지할 수 있도록 해주는 실장 물질로 LCD 모듈의 IC 본딩용인 COG용(Chip On Glass) 및 COF용(Chip On Flexible Printed Circuit), 패널유리용 TAB용(Tape Automated Bonding), PET (Polyethyleneterephthalate) 필름 본딩을 위한 TAB용 등 다양하게 개발되어 있다.
기존의 특허(JPA09-293414등)에 의하면 ACF는 열가소성 또는 열경화성으로 그림 4에서 나타낸 바와 같이 도전입자 내부에 수지를 함유하고 이를 바인더로 고착화한 것으로 도전입자를 가압에 의해 파괴시키므로 인해 ITO전극과 도전을 형성하고, 내부의 수지가 외부바인더와 결합하여 경화되면서 접합강도를 유지해 주는 것을 특징으로 한다.
도전입자의 파괴와 수지 경화 조건은 통상 온도 150∼200℃, 가압 시간 10∼30sec, 가압력 10∼50Kg/㎠정도의(참고문헌; JPA06-6019) 조건으로 가열 및 가압으로 이루어지며 대표적인 방법이 히터를 가진 가압 헤드가 화면패널을 가압하면서 도전입자를 파괴시키고 동시에 내부 수지를 열 경화시키는 장치들로서 그 방안들은 다양하게 안출되어 있는데(참고문헌 JPA05-241182등), 이들의 방법은 작업시간이 과다하게 소요되어 대량생산을 위해서는 설비를 대형화하거나 수량을 늘려야하므로 생산원가를 상승시키는 원인이 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초음파 진동을 사용하여 ACF 도전입자를 파괴시켜 ITO전극과 FPCB간을 도전시키고, 도전입자 내부의 수지를 경화시켜 FPCB의 접합강도를 유지하도록 하는 접합이 단시간 내에 이루어지므로 생산성을 향상시키고 설비를 간소화할 수 있어 생산원가를 줄일 수 있는 이방성 도전시트의 접합장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이방성 도전시트의 접합장치는 초음파 발진부와 진동자 및 부스타를 일식으로 하고 초음파 진동을 제품에 전달하는 공구혼을 구비한 가동부를 가지며, 상기 초음파 진동을 가하여 공구혼의 초음파 진동으로 각 부품의 접합 면에서 분자운동을 유도하고, 상기 분자운동에 의해 발생하는 열을 이용하여 계면접합을 하도록 한 초음파 용착기에서, 화면패널의 ITO전극과 ACF, FPCB등으로 구성된 제품을 압착하는 압착량을 서보구동기구로 조절하고, 제품 외관에 발생하는 상처 보호용 실리콘 패드 공급장치를 설치하고, 제품을 이탈을 고정하는 지그와, 상기 구성품과 회로적으로 연결된 시퀀스에 따라 동작을 순차적으로 작동시키며 제어하는 제어부로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 화면패널의 소재 종류에 상관없이 초음파진동에 의해 단시간에 ITO전극과 FPCB를 접합하므로 작업시간이 단축되어 생산성을 향상시키고 설비규모의 축소 등으로 투자비를 줄일 수 있는 등 생산원가를 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 형태에 관해서 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명하는 실시 형태는 본 발명의 실시 수단으로서의 일례이며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 하기의 실시 형태를 수정 또는 변형한 것에 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이방성 도전시트의 접합장치(이하 "ACF 본딩기"라 함)의 구성을 나타낸 정면도이며, 도 2는 본 발명의 ACF 본딩기의 측면도이며, 도 3은 본 발명의 ACF 본딩기의 'W-W'선의 단면도이고, 도 4는 ACF의 구성을 나타낸 도면이며, 도 5는 ACF의 접합 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 공구혼의 평행도 위치 조절 장치를 나타낸 정면도이다.

상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 화면패널(33)의 ITO전극과 FPCB(31)의 전극 사이에 ACF(32)를 삽입하여 가압과 가열에 의해 도전입자(21)를 파괴시키고 그 내부의 수지를 경화시켜 접합하는 실장 물질(MOUNTER)이다. 기존의 히터를 이용한 열과 압력에 의한 접합은 작업시간이 과다하게 소요되는바 이 접합을 초음파를 이용하여 극단시간에 작업하기 위해서 개발된 것이 본 발명의 ACF 본딩기이다.
상기 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 ACF 본딩기는 공구혼(101)이 제품(504)의 접합 면에 진동을 전달하여 분자운동을 활성화시킴으로써 열을 발생시켜 제품 간 계면 접합을 이루는 초음파용착 원리로, 공구혼(101)의 한쪽 끝에는 진동수가 40KHz인 초음파 진동자(206)와 미표시의 초음파발진용량이 400W인 발진기가 케이블로 연결되어 초음파 진동을 공구혼(101)에 전달하며, 상기 공구혼(101)의 다른 한쪽 끝은 패드(130)를 통하여 제품(504)에 진동과 가압을 전달하는 구조로 되어 있다. 이때 상기 공구혼(101)과 패드(130)의 상호 연결관계는 도 3에서 구체적으로 설명한다.
또한, 상기 공구혼(101)이 지그(500)와 평행을 유지하기 위해 전/후, 좌/우 4 방향으로 위치를 조절할 수 있는 위치조절장치(200)를 부착하고, 상기 공구혼(101)을 포함한 초음파용착기(100)가 제품(504)에 접촉하는 양을 조절하기 위한 수단으로 서보모타(301)와 리니어모듈(302)을 구비하여 정밀제어가 가능하도록 하였다. 또한, 공구혼(101)이 제품에 직접 접촉하여 발생하는 상처, 타흔 등을 예방하기 위하여 패드(130)를 상기 공구혼(101)의 일측면에 접촉하도록 하였으며, 상기 패드(130)는 패드공급장치(110)에 의해 연속공급이 가능하도록 하였다. 이와 같은 구성은 도 3과 도 6에서 구체적으로 설명한다.

그리고, 상기 공구혼(101)의 지그(500)에 대한 평행도는 0.02mm이내가 가장 적당하며 평행도 조절은 도 7에서 알 수 있듯이 전/후, 좌/우 4면에 조절식 마이크로메타(201)를 고정판(202)에 고정 설치하고, 상기 고정판(202)은 프레임(204)에 부착하였다. 상기 마이크로메타(201)의 선단은 외주면이 구(球) 형상으로 이루어진 각 방향별 4조각의 가동코아(203)에 회전가능한 구조로 부착하고, 상기 마이크로메타(201)의 회전에 의해 가동코아(203)가 전, 후진이 가능하도록 하였다. 상기 공구혼(101)은 가동코아(203)에 고정되고 가동코아(203)는 프레임(204)에 고정된 누름판(205)의 사이에 위치시켰다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 패드공급장치(110)는 종동롤(111)에서 구동롤(112)로 패드(130)가 연속적으로 연결되어 있고 탄성 및 평탄을 유지하기 위해 탄성롤(114)이 구성되어 공구혼(101)의 동작시 지그(500)와 평탄을 유지하도록 하였다. 즉, 상기 공구혼(101)의 일측단에는 위에서 언급한 바와 같이 초음파 진동자(206)가 설치되어 초음파 진동을 공구혼(101)에 전달할 수 있도록 하고, 또한 상기 공구혼(101)의 타측단에는 패드공급장치(110)에 의해 공급되는 패드(130)가 접촉되어 있으며, 상기 공구혼(101)의 초음파 진동이 패드(130)에 영향을 미치는 구조로 되어 있다.
그리고, 상기 패드(130)의 연속이송은 구동롤(112)의 타단에 한 방향 회전만 허용되는 클러치베어링((117)을 내재한 피니언기어(113)와 랙기어(115)를 결합하고, 상기 랙기어(115)에 에어실린더(116)를 연결시켜 직선운동을 회전운동으로 전환하여 구동롤(113)을 회전시킴으로써 상기 패드(130)가 한 행정만큼 이동한다. 상기 에어 실린더(116)의 복귀와 더불어 랙기어(115)가 복귀하고, 이때 피니언기어(113)는 내부의 클러치베어링(117)에 의해 역회전이 제어되어 패드(130)의 이송동작이 완료된다. 상기 패드(130)는 사용 빈도에 따라 간헐적으로 이송이 가능하며 끊김 없이 연속적으로 이송이 가능하다. 상기 패드(130)의 재질로 실리콘과 테프론이 사용되며 그 두께는 0.2mm이하가 제품(504)의 상처 예방에 적절하며 폭은 제품에 따라 조절 가능하다.

도 2에서 나타나듯이 초음파용착기(100)는 전술한 공구혼(101)의 일측단에 설치된 초음파 진동자(206)와 초음파 발진부 및 부스타를 구성하고, 상기 초음파용착기(100)의 상/하 운동은 서보모타(301)의 회전량을 직선량으로 바꾸어주는 리니어모듈(302)에 장착되어 동작한다. 제품(504)을 가압하는 가압력의 조절은 미 표시의 서보모타조절기에서 토오크(TORQUE) 관리로 거리조절이 가능하여 압착력을 조절할 수 있다.

상기와 같은 조건으로 시험한 결과를 표 1에 나타낸다.

상기 표 1에서 알 수 있듯이 기존 열 가압방식과 초음파 접합 방식에서 도전입자의 파괴수량이나 FPCB의 인장력이 동일하게 수렴되므로 산업에 즉시 활용이 가능하다.

본 발명에 의하면, ACF본딩에 있어서 히터를 장착한 열 가압방식의 본딩방법을 초음파를 이용하여 작업한 결과 작업속도가 수십 배의 효과를 나타내도록 발명되어 생산성 향상효과를 가져다줄 것으로 예측되어 즉시 산업현장에 활용이 가능하다. 초음파본딩의 작업에서 서보모타로 가압 토오크의 제어가 가능하고, 공구혼의 평탄도를 조절하면서 더욱 흠집방지용 패드를 연속적으로 공급할 수 있는 제어기술은 향후 설비의 제작에 활용함으로써 설비구조를 단순화하고 제작 금액을 줄이는데 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 이방성 도전시트의 접합장치(ACF 본딩기)의 구성을 나타낸 정면도.

도 2는 상기 ACF 본딩기의 측면도.

도 3은 상기 ACF 본딩기의 'W-W'선의 단면도.

도 4는 이방성 도전시트의 구성을 나타낸 도면.

도 5는 상기 이방성 도전시트의 접합 상태를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 ACF 본딩기의 실시 예를 나타낸 도면.

도 7은 공구혼의 평행도 위치 조절창치의 정면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

21: 도전입자 100: 초음파 용착기 구동부

101: 공구혼 110: 패드 공급장치

130: 패드 200: 위치조절장치

300: 서보구동기구 500: 지그

504: 제품

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Claims

초음파 진동자(206)와 초음파 발진부 및 부스타를 포함하는 통상의 초음파용착기(100)를 이용하여 이방성 도전시트를 접합시키는 장치에 있어서,

상기 초음파 진동자(206)에 일측단이 연결되어 초음파 진동을 제품(504)에 전달하는 공구혼(101)을 구성하며, 상기 공구혼(101)의 타측단에는 패드공급장치(110)에 의해 공급되는 패드(130)가 접촉되며;

상기 패드공급장치(110)는 상기 공구혼(101)이 상기 제품(504)에 직접 접촉하여 발생하는 상처, 타흔 등을 예방하기 위하여 종동롤(111)에서 구동롤(112)로 패드(130)가 연속적으로 연결되고, 상기 종동롤(11)과 구동롤(112)에는 탄성 및 평행을 유지하기 위해 탄성롤(114)이 설치되고, 상기 구동롤(112)이 클러치베어링(117)에 의해 역회전이 제한되어 상기 패드(130)의 사용 빈도에 따라 간헐적이면서 연속적으로 이동할 수 있도록 구성하며;

상기 패드(130)의 연속이송은 상기 구동롤(112)의 타단에 한 방향 회전만 허용되는 클러치베어링((117)을 내재한 피니언기어(113)와 랙기어(115)를 결합하고, 상기 랙기어(115)에 에어실린더(116)를 연결시켜 직선운동을 회전운동으로 전환하여 구동롤(113)을 회전시켜 상기 패드(130)가 한 행정만큼 이동하도록 하며;

상기 공구혼(101)이 상기 지그(500)와 평행을 유지하기 위해 전/후, 좌/우 4방향으로 위치를 조절할 수 있는 위치조절장치(200)를 부착하고, 상기 공구혼(101)을 포함한 초음파용착기(100)가 제품(504)에 접촉하는 양을 조절하기 위한 서보모타(301)와 리니어모듈(302)을 구성하여 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전시트의 접합장치.
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제1항에 있어서,

상기 패드(130)의 재질은 실리콘 또는 테프론이며, 상기 패드(130)의 두께는 0.2mm이하 임을 특징으로 하는 이방성 도전시트의 접합장치.