JP4675178B2

JP4675178B2 - 圧着方法

Info

Publication number: JP4675178B2
Application number: JP2005220446A
Authority: JP
Inventors: 浩行中堂; 則幸山脇
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007035546A

Description

本発明は、基板同士の電極端子間の接続技術において、電極端子を導電接続材料を介して接続する圧着装置及び圧着方法に関するものである。

液晶表示装置を最終的な製品とする工程の一つに、導電接続材料によって液晶表示パネルとその制御基板とを接続する工程がある。具体的には、液晶表示パネルに形成される電極端子と、制御基板に使用されるＴＣＰ（Tape carrier Package）等のフレキシブル基板の一端部に形成されている電極端子を、異方性導電材等の導電接続材料によって固着するものである。

異方性導電材とは、熱硬化性樹脂内に導電粒子を分散させたもので、加熱圧着することにより、単一方向の導電性を示す性質を備えている。フィルム状の異方性導電フィルム（ＡＣＦ:Anisotropic Conductive Film）と、ペースト状の異方性導電樹脂（ＡＣＡ：Anisotropic Conductive Adhesive）があり、特にＡＣＦは、液晶表示装置の分野において、液晶表示パネルの電極端子と、フレキシブル基板の電極端子とを電気的に一括して固着する場合によく用いられている。なお、加熱圧着、または熱圧着とは、固着する方法の一例である。

液晶表示パネルの電極端子とフレキシブル基板の電極端子の間に配置されたＡＣＦは、加熱圧着することによりＡＣＦ内で分散している導電粒子を押しつぶして導通経路を形成する。従って、正常な導電性を得るためには、加熱及び押圧条件が重要である。つまり、ＡＣＦの熱硬化性樹脂を加熱して、電極端子間を均一に押圧することで、導電粒子が電極端子間を電気的に接続し、導通経路を形成することができる。なお、適正な条件で加熱及び押圧しない場合、導通不良による不具合が発生する。

図４は、ＡＣＦ１４を介して液晶パネル１０の電極端子１３とフレキシブル基板１１の電極端子１５を接続する圧着装置の従来例を示す。この圧着装置は、液晶パネル１０とフレキシブル基板１１と、その間にＡＣＦ１４を挟んで載置するための圧着ステージ１２と、圧着ステージ１２に対して垂直方向に昇降可能なヒーターバー１６を備えている。ヒーターバー１６は、フレキシブル基板１１の電極端子１５形成面の反対側からＡＣＦ１４を加熱し圧着するための加熱圧着端子である。ヒーターバー１６の圧着面は平坦であり、圧着ステージ１２対し平行である。なお、ヒーターバー１６は、熱伝導性の良好な金属によって形成され、図に示されないヒーターを備えたヒーターブロックに接続されている。

圧着装置による加熱圧着作業の一例を以下に説明する。まず、液晶パネル１０を圧着ステージ１２に載置し、負圧吸着手段等により液晶パネル１０を圧着ステージ１２に位置決めする。そして、液晶パネル１０の電極端子１３上にＡＣＦ１４を配置し、その上にフレキシブル基板１１の電極端子１５を重ねて位置決めする。そして、ヒーターバー１６を下降させてフレキシブル基板１１の電極端子１５の形成面の反対側から、ＡＣＦ１４を介して重ね合わされた電極端子１３及び１５を局所的に加熱しつつ所定の圧力で押圧する。これにより、液晶パネル１０の電極端子１３とフレキシブル基板１１の電極端子１５がＡＣＦ１４を介して一括接続される。

なお、液晶パネル１０の電極端子１３とその制御基板であるフレキシブル基板１１を接続する装置に関して、ヒーターバー１６を効率良く加熱することにより、効果的な圧着を実現する実施例が、特許文献１に開示されている。
特開２００３−１５１４９号公報

近年、液晶表示装置の高機能化に伴い、液晶パネル１０上の実装密度が向上したため、電極端子１３間のピッチや端子幅が狭くなり、電極端子１３の形成領域が縮小している。その結果、液晶パネル１０の電極端子１３とフレキシブル基板１１の電極端子１５を重ね合わせる領域が少なくなり、ＡＣＦ１４を介して接続される接続面積が減少する。よって、接着強度が低下し、フレキシブル基板１１が液晶パネル１０から剥離するという問題が発生している。

ＡＣＦ１４の接着強度を増加させるためには、加熱圧着時の圧力を大きくすることが有効である。しかし、加熱圧着時の圧力を大きくすると、液晶パネル１０が歪む場合がある。液晶パネル１０に配置される素子は、機械的な衝撃に脆く、液晶パネル１０の歪み等に起因する機械的応力が加えられると、素子が破損する可能性がある。よって、加熱圧着時の圧力条件を大きくすることによって、接着強度を増加させることは困難である。

従って、図５（ａ）に示すように、ＡＣＦ１４をフレキシブル基板１１の電極端子１５から、カバーレイヤ１７にかけて配置し、液晶パネル１０との接続面積を増やすことによって、接着強度を確保する方法がある。

しかし、図５（ｂ）に示すように、ヒーターバー１６によって加熱圧着する場合、カバーレイヤ１７の厚みによって、フレキシブル基板１１の接続面に段差が生じ、液晶パネル１０の電極端子１３面とフレキシブル基板１１の電極端子１５面の間に配置されたＡＣＦ１４にヒーターバー１６の熱や圧力が伝わらなく、正常な接続が得られないという問題が発生する。

例えば、液晶パネル１０とその制御基板であるフレキシブル基板１１を接続する場合、厚さ１８マイクロメートルのＡＣＦ１４を使用する。カバーレイヤ１７の厚みは、７５マイクロメートルであり、カバーレイヤ１７による段差をＡＣＦ１４の厚みで吸収することはできず、ＡＣＦ１４及び各電極端子１３及び１５に加わる荷重が不均一となる。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、段差のある接続面を効果的に圧着することができる圧着装置及び圧着方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１及び第２の基板の電極端子が導電接続材料を介して重なるように、前記第１及び第２の基板を配置する圧着ステージと、前記圧着ステージに対しほぼ垂直に移動するヒーターバーと、を備え、前記ヒーターバーにより前記第１及び第２の基板を押圧し、前記導電接続材料でそれらを固着する圧着装置において、前記ヒーターバーの圧着面は、前記第２の基板に形成された段差の両側の面をそれぞれ押圧する高さの異なる面を備える圧着装置である。このような構成により、段差のある接続面を効果的に圧着することができ、剥離等の不具合を防ぐことができる。

また、前記ヒーターバーは前記高さの異なる面間に溝を備えたものである。溝の形成により、ヒーターバーの段差加工時に生じるＲ部がなくなり、基板に形成された段差周辺部を適正に押圧することができる。

また、第１及び第２の基板の電極端子が導電接続材料を介して重なるように、前記第１及び第２の基板を圧着ステージに配置し、ヒーターバーの圧着面における高さの異なる各面によって、前記第２の基板に形成された段差の両側の面をそれぞれ押圧し、前記導電接続材料で前記第１及び第２の基板を固着する圧着方法である。このような方法により、段差のある接続面を効果的に圧着することができ、剥離等の不具合を防ぐことができる。

また、前記ヒーターバーによって前記第２の基板側から前記第１及び第２の基板を押圧し、前記第２の基板はフレキシブル基板であり、前記第２の基板の段差はその電極端子と電極端子の一部を覆うカバーレイヤとの間の段差となる圧着方法である。本発明は、このような場合に特に有効である。

更に、前記導電接続材料は異方性導電フィルムであって、前記第１の基板の電極端子と第２の基板の電極端子とが前記異方性導電フィルムによって電気的に導通し前記カバーレイヤと前記第１の基板の電極端子とが前記異方性導電フィルムによって固着されるように前記ヒーターバーの圧着面で押圧する圧着方法である。

本発明により、段差のある接続面を効果的に圧着することができる。

図１は、本実施形態に係る圧着装置の構成を示したものである。以下においては、熱圧着される一方の基板として、液晶パネル１を例として説明する。液晶パネル１は、電極が形成された基板間に液晶を挟持し、その電極によって液晶に電界を印加することによって、画像を表示する。なお、液晶パネル１の他に機械的衝撃に弱いセラミック基板や、他のプリント配線基板等への適用も可能である。

また、熱圧着される他方の基板として、液晶パネル１に接続されるフレキシブル基板２を例として説明する。フレキシブル基板２は、ヒーターバー７の圧着面の形状に対し追従する柔軟な材料から形成されている。具体的には、ポリイミド樹脂などの絶縁材料のシート内に、銅などで形成された複数の配線が形成されている。フレキシブル基板２にはドライバ回路が接続され、ドライバ回路からの駆動信号を液晶パネル１に伝送する。

図１では、圧着ステージ３の上に液晶パネル１が負圧吸着手段等によって位置決めされる。そして、液晶パネル１の電極端子４の上にフィルム状の異方性導電フィルム（ＡＣＦ:Anisotropic Conductive Film）５を配置する。そして、ＡＣＦ５の上から、フレキシブル基板２を、フレキシブル基板２の電極端子６と液晶パネル１の電極端子４が合致するように、液晶パネル１とフレキシブル基板２の各電極が、互いに向かい合って重なるように位置決めする。圧着ステージ３は、マニュピレータ等の移動手段により移動し、水平方向（ＸＹ方向）の位置を変えることができる。

そして、加熱されたヒーターバー７は、ＡＣＦ５を挟んだ状態で、フレキシブル基板２の電極端子６形成面の反対側を押圧し、液晶パネル１の電極端子４とフレキシブル基板２の電極端子６とを加熱圧着する。その際、配置するＡＣＦ５は、図２に示すように、剥離しない接着強度を得るに必要な接着面積を確保するため、フレキシブル基板２におけるカバーレイヤ８から延出する電極端子６だけでなく、カバーレイヤ８に至る領域に重なるように配置される。

ヒーターバー７は、図示されないヒーターブロックにネジ等で固定されており、先端が磨耗したら取り替えることができる。また、ヒーターバー７の先端は、ＡＣＦ５の硬化温度である１５０℃程度まで加熱できる。また、ヒーターバー７は、図示されない駆動部によって垂直方向（Ｚ方向）に圧着ステージ３まで下降し、所定の加重を印加する。なお、本実施の形態における圧着装置には、図示しないロードセル、タイマー及び熱電対等の計測器が装備され、ヒーターバー７の圧力、押圧時間、及び加熱温度等を制御することが可能である。

カバーレイヤ８は、フレキシブル基板２に形成される端子又は電気配線を覆う柔軟な絶縁性の層であり、フレキシブル基板２の電極端子６間を絶縁し、必要な回路を選択的に露出させ、あるいは、それ以外の回路をほこりや水分から保護する働きがある。一般的なカバーレイヤ８の厚さは、５０〜７５マイクロメートル程度である。このため、液晶パネル１（ＡＣＦ５）との接着面において、フレキシブル基板２上にカバーレイヤ８の厚さ分の段差が発生する。

図１に示すように、液晶パネル１とフレキシブル基板２とを、フレキシブル基板２側から押圧するヒーターバー７の圧着面は、高さの異なる２つの面（領域）７ａ及び７ｂを備えている。第１の圧着面７ａは、液晶パネル１の電極端子４とフレキシブル基板２の電極端子６の間に配置されるＡＣＦ５ａを押圧して圧着する。第２の圧着面７ｂは、液晶パネル１の電極端子４とフレキシブル基板２のカバーレイヤ８の間に配置されるＡＣＦ５ｂを押圧し、圧着する。各圧着面７ａ、７ｂは、それぞれ、圧着ステージ３および液晶パネル１の接続面と平行である。

ヒーターバー７の第１の圧着面７ａと第２の圧着面７ｂはその高さが異なる。すなわち、ＡＣＦ５ａとＡＣＦ５ｂをそれぞれ押圧するために、ヒーターバー７は、その圧着面にカバーレイヤ８の厚さに対応した段差を備えている。つまり、図１に示すように、第１の圧着面７ａは、圧着ステージ３に対し、第２の圧着面７ｂより張り出して形成される。このように、ヒーターバー７が高さの異なる２つの圧着面７ａ、７ｂを備えることで、フレキシブル基板２の段差の両側を押圧し、電極端子６及びカバーレイヤ８をＡＣＦ５によって液晶パネル１に効果的に圧着することができる。

また、液晶パネル１、フレキシブル基板２及びＡＣＦ５の位置が図示しない位置決めガイド等によって固定されることにより、ヒーターバー７の第１の圧着面７ａがフレキシブル基板２の電極端子６と重なるＡＣＦ５ａを、また、ヒーターバー７の第２の圧着面７ｂがカバーレイヤ８に重なるＡＣＦ５ｂを、それぞれ押圧することができる。

なお、液晶パネル１の電極端子４とフレキシブル基板２の電極端子６との接続は、電気的な接続が必要である。このため、適正な加熱圧着条件でＡＣＦ５ａを加熱圧着する必要がある。しかし、液晶パネル１とフレキシブル基板２のカバーレイヤ８との接続は、電気的な接続は必要なく接着強度が確保できればよい。従って、第１の圧着面７ａでＡＣＦ５ａを電気的な接続が得られるよう圧着したときに、ＡＣＦ５ｂを圧着する第２の圧着面７ｂでＡＣＦ５を加熱硬化させ、機械的な接続が得られるような高さの段差を形成する。

ここで、ヒーターバー７の第１の圧着面７ａ及び第２の圧着面７ｂの幅や段差の高さは、フレキシブル基板２の電極端子６の幅や、フレキシブル基板２に形成されたカバーレイヤ８の厚みによって変更することができる。なお、形状を変更したヒーターバー７は、図示しないヒーターブロックにネジ等で簡便に付け替えることができる。

更に、図３は、ヒーターバー７の圧着面の変形例を示したものである。ヒーターバー７の圧着面内には、液晶パネル１の電極端子４とフレキシブル基板２の電極端子６を押圧する第１の圧着面７ａと、液晶パネル１の電極端子４とカバーレイヤ８を押圧する第２の圧着面７ｂと、第１の圧着面７ａと第２の圧着面７ｂの間に溝７ｃを備える。

溝７ｃを形成することにより、ヒーターバー７の第２の圧着面７ｂを削り加工する際に、段差部分のエッジに加工上のＲが形成されるのを防止することができる。従って、フレキシブル基板２の電極端子６とカバーレイヤ８との段差周辺部を適正に押圧することが可能となる。

例えば、第１の圧着面７ａと第２の圧着面７ｂとの間に、５０マイクロメートルの段差を形成し、更に各圧着面７ａと７ｂとの間に５０マイクロメートル幅の溝７ｃを設け、第１の圧着面７ａと第２の圧着面７ｂを離間させることができる。

上述したヒーターバー７を適用することにより、一般的な液晶表示パネル１の電極端子４とフレキシブル基板２の電極端子６との接続において、圧着面にフレキシブル基板２のカバーレイヤ８による段差が生じても、段差を有するヒーターバー７によって効果的に加熱圧着することができる。これによって、接続端子間の電気的な接続とともに、液晶パネル１とフレキシブル基板２との間の物理的接続を得ることができる。

また、ヒーターバー７とフレキシブル基板２との間に、耐熱温度の高いフッ素系樹脂や耐熱性ゴム系樹脂等のシートをクッション材９として配置してもよい。このクッション材９はヒーターバー７の磨耗を保護し、あるいは、フレキシブル基板２を押圧した際にはみ出したＡＣＦ５がヒーターバー７に付着するのを防止することができる。なお、耐熱温度の高いフッ素系樹脂による表面コーティングやポリイミドテープ等をヒーターバー７の圧着面に配置し、クッション材として用いても良い。

また、ＡＣＦ５を、あらかじめフレキシブル基板２に仮固定して、液晶パネル１と重ね合わせてもよい。フレキシブル基板２の電極端子６とカバーレイヤ８にＡＣＦ５を配置した状態でホットプレート等の加熱装置に載せ、短時間加熱することで、ＡＣＦ５がフレキシブル基板２に密着する。同様に、液晶パネル１にＡＣＦ５を配置した状態で短時間加熱させ、液晶パネル１にＡＣＦ５を仮固定してからフレキシブル基板２と重ね合わせても良い。このようにＡＣＦ５が、液晶パネル１又はフレキシブル基板２のどちらか一方に固定されることで、位置決め作業が簡便となる。

更に、ヒーターバー７に超音波発生装置を接続し、超音波による微震動を生じさせてもよい。これにより、ＡＣＦ５とフレキシブル基板２の電極端子６との間や、ＡＣＦ５とカバーレイヤ８との間、又はＡＣＦ５と液晶パネル１の電極端子４との間にボイド等の空隙が発生しないため、接着面積を確保でき、接着強度を得ることが可能となる。なお、微振動による摩擦でＡＣＦ５のアンカー効果を得ることで、接着強度を強化することもできる。

以上のような構成によれば、フレキシブル基板２のカバーレイヤ８だけでなく、圧着面に凹凸がある基板に対して、効果的に加重をかけることのできる加熱圧着装置及び加熱圧着作業が実現できる。

なお、当業者であれば、以上の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、同様の動作をする構成であれば、自動的に加熱圧着する構成でも、その他の構成でもよい。また、ヒーターバー７の段差を利用すれば、ＳＯＰやＱＦＰ等の表面実装デバイスのリード端子と実装基板を局所的に同時加熱して半田付けすることも可能であり、また、半田付けした表面実装デバイスをリワーク除去することも可能である。また、ＡＣＦに限らず、他の導電性接着部材を使用することも可能である。

本実施形態に係るＡＣＦ圧着装置の構成を示したものである。フレキシブル基板におけるカバーレイヤを示した図である。本実施形態において、ヒーターバーの変形例を示す図である。従来のＡＣＦ圧着装置の構成を示したものである。従来のＡＣＦ圧着方法における不具合例を示した図である。

符号の説明

１液晶表示パネル、２フレキシブル基板、３圧着ステージ、
４液晶表示パネルの電極端子、５ＡＣＦ
５ａＡＣＦ、５ｂＡＣＦ、
６フレキシブル基板の電極端子、７ヒーターバー、
7ａ第１の圧着面、７ｂ第２の圧着面、７ｃ溝、
８カバーレイヤ、９クッション材
１０液晶パネル、１１フレキシブル基板、１２圧着ステージ、
１３液晶表示パネルの電極端子、１４ＡＣＦ
１５フレキシブル基板の電極端子、１６ヒーターバー
１７カバーレイヤ

Claims

第１及び第２の基板の電極端子が導電接続材料を介して重なるように、前記第１及び第２の基板を圧着ステージに配置し、
異なる高さの面を有するヒーターバーにより前記第１及び第２の基板を押圧し、前記導電接続材料でそれらを固着する圧着方法において、
前記第２の基板の電極端子から、前記第２の基板の電極端子の一部を覆うカバーレイヤに至る領域にかけて同一材料からなる導電接続材料を配置し、
前記ヒーターバーの異なる面のうち一方の面が前記第２の基板の電極端子の部位を押圧し、前記ヒーターバーの他方の面が前記第２の基板のカバーレイヤの部位を押圧し、前記導電接続材料で前記第１及び第２の基板を固着する圧着方法。
前記ヒーターバーによって前記第２の基板側から前記第１及び第２の基板を押圧し、前記第２の基板はフレキシブル基板である、請求項１に記載の圧着方法。
前記導電接続材料は異方性導電フィルムであって、前記第１の基板の電極端子と第２の基板の電極端子とが前記異方性導電フィルムによって電気的に導通し前記カバーレイヤと前記第１の基板の電極端子とが前記異方性導電フィルムによって固着されるように前記ヒーターバーの圧着面で押圧する、請求項１又は２に記載の圧着方法。