KR102149430B1 - 초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법 - Google Patents

Abstract

[과제]
배선 피치 간격이 좁은 경우에서도, 쇼트 불량 등을 발생시키는 일 없이, 평면 부재끼리의 전기적 접속을 도모하는 것이 용이한 초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법을 제공하는 것.
[해결 수단]
접합해야 할 제1 평면 부재와 제2 평면 부재가 설치되는 스테이지와, 제1 평면 부재와 상기 제2 평면 부재의 적층 부분에 대고 눌러지는 압압부를 가지는 초음파 혼을 가지는 초음파 접합 장치이다. 스테이지는, 제1 평면 부재가 설치되는 저위측 표면과, 저위측 표면에 대해서 소정의 단차 높이로 높은 위치에 있고, 제2 평면 부재가 설치되는 고위측 표면과, 저위측 표면과 고위측 표면의 경계에 위치하는 단차 벽면을 가진다.

Description

초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법{ULTRASONIC JUNCTION DEVICE AND ULTRASONIC JUNCTION METHOD}

본 발명은, 초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법에 관한 것이다.

예를 들어 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 표시 화면 기판이 되는 유리 기판의 배선을, 이방성 도전막(anisotropIc conductive film：이하 ACF)를 통하여, 플렉시블 배선 기판(FPC) 등에 접속하는 기술은 알려져있다.

그러나, 최근, 배선 패턴의 피치 간격이 좁아지고 있어, ACF로 접속하는 경우에는, 배선 사이의 쇼트 불량이 과제가 되고 있다.

일본국 특개 2016-186517호 공보

본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 배선 피치 간격이 좁은 경우에도, 쇼트 불량 등을 발생시키는 일 없이, 평면 부재끼리의 전기적 접속을 도모하는 것이 용이한 초음파 접합 장치 및 초음파 접합 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 초음파 접합 장치는,

접합해야 할 제1 평면 부재와 제2 평면 부재가 설치되는 스테이지와,

상기 제1 평면 부재와 상기 제2 평면 부재의 적층 부분에 대고 눌러지는 압압(押壓)부를 가지는 초음파 혼을 가지는 초음파 접합 장치로서,

상기 스테이지는,

상기 제1 평면 부재가 설치되는 저위측 표면과,

상기 저위측 표면에 대해서 소정의 단차 높이로 높은 위치에 있고, 상기 제2 평면 부재가 설치되는 고위측 표면과,

상기 저위측 표면과 상기 고위측 표면의 경계에 위치하는 단차 벽면을 가진다.

본 발명에 따른 초음파 접합 장치를 이용하여 제1 평면 부재와 제2 평면 부재의 초음파 접합을 실시하려면, 우선, 제1 평면 부재를, 당해 제1 평면 부재의 단부가 상기 단차 벽면에 위치 맞춤되도록, 상기 저위측 표면에 설치한다. 다음으로, 제2 평면 부재의 적어도 일부가 제1 평면 부재 위에 적층되는 적층 부분이 형성되도록, 고위측 표면에, 제2 평면 부재를 설치한다. 그 후에, 초음파 혼의 압압부를, 단차 벽면에 대응하는 위치에서 상기 적층 부분에 대고 누르면, 초음파 접합이 완료된다.

본 발명의 초음파 접합 장치에서는, 스테이지의 표면에 단차 벽면이 있기 때문에, 이 단차 벽면을 이용하여, 제1 평면 부재와 제2 평면 부재의 위치 맞춤이 용이하게 되어, 이러한 배선 패턴끼리의 초음파 접합이 가능하게 된다. 이 때문에, 예를 들어 수십μm이하 정도로 배선 피치 간격이 좁은 경우에도, 쇼트 불량 등을 발생시키는 일 없이, 평면 부재끼리의 전기적 접속을 도모하는 것이 용이하게 된다.

또, 최근에는, 스마트폰 등의 표시 화면 등과 같이, 장치의 외형 사이즈 근처까지 넓은 표시 화면이 요구됨으로써, 배선 패턴끼리의 접합 길이도 짧게 하지 않을 수 없어, 그 접속 신뢰성이 문제가 되고 있다. 본 발명의 장치에 의하면, 초음파 접합에 의해 금속끼리의 고상 결합이 가능하게 되어, 접속의 신뢰성도 향상된다.

또한, 본 발명의 초음파 접합 장치에서는, 스테이지의 표면에 단차 벽면이 있기 때문에, 제1 평면 부재와 제2 평면 부재의 적층부의 폭이, 예를 들어 60mm 이상으로 넓은 경우여도, 확실히 배선 패턴끼리를 초음파 접합할 수 있다.

바람직하게는, 상기 스테이지는,

상기 제1 평면 부재의 단부가 상기 단차 벽면에 접촉하여 위치 결정되도록, 상기 제1 평면 부재를 상기 저위측 표면에 착탈 가능하게 고정하는 제1 고정 수단과,

상기 제2 평면 부재의 적어도 일부가 상기 제1 평면 부재 위에 적층되도록, 상기 제2 평면 부재를 상기 고위측 표면에 착탈 가능하게 고정하는 제2 고정 수단을 더 가진다.

제1 고정 수단으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 스테이지의 저위측 표면에 형성되어 있는 복수의 제1 흡착구멍이 예시된다. 복수의 제1 흡착구멍에 부압을 도입함으로써, 제1 평면 부재를 저위측 표면에 착탈 가능하게 고정할 수 있다. 또, 마찬가지로, 제2 고정 수단으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 스테이지의 고위측 표면에 형성되어 있는 복수의 제2 흡착구멍이 예시된다. 복수의 제2 흡착구멍에 부압을 도입함으로써, 제2 평면 부재를 고위측 표면에 착탈 가능하게 고정할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 초음파 접합 장치는,

상기 초음파 혼을, 상기 스테이지에 대해서 상대 이동시키는 이동 기구와,

상기 초음파 혼의 압압부가, 상기 단차 벽면에 대응하는 위치에서 상기 적층 부분에 대고 눌러지도록, 상기 이동 기구를 제어하는 제어 수단을 더 가진다.

이동 기구로는, 초음파 혼을, 스테이지에 대해서 이동시키는 기구, 스테이지를 초음파 혼에 대해서 이동시키는 기구, 혹은 이러한 쌍방의 기구여도 된다. 이동 기구는, 적어도 초음파 혼을, 스테이지에 대해서 상대적으로 접근할 수 있는 방향 또는 그 역방향으로 이동시키는 기구를 포함한다. 또, 이동 기구는, 초음파 혼을, 스테이지에 대해서 상대적으로 평면 방향으로 이동시키는 기구도 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 단차 높이는, 상기 제1 평면 부재의 두께와 동등 이하이다.

이렇게 구성함으로써, 스테이지의 제조 오차가 있었다고 해도, 제1 평면 부재의 상면이, 고위측 표면에 대해서 낮아지는 일은 없어지고, 제1 평면 부재의 상면이, 고위측 표면과 일면이 근소하게 상측으로 돌출하게 된다. 이 때문에, 제2 평면 부재를 고위측 표면에 설치하는 경우에, 이러한 적층부(중복부)에서는, 반드시 제1 평면 부재와 제2 평면 부재가 접촉하게 된다. 이 때문에, 확실히 초음파 접합을 실시하는 것이 가능하게 되어, 접속부의 신뢰성이 더 향상된다.

바람직하게는, 상기 초음파 혼의 압압부는, 상기 단차 벽면으로부터 소정 범위에서 상기 저위측 표면 위에 위치하는 상기 적층부를 압압하도록, 상기 이동 기구가 상기 제어 수단으로 제어된다. 초음파 혼의 압압부는, 고위측 표면 위에 위치하는 제2 평면 부재를 압압하지 않는 것이 바람직하고, 적층부만을 압압하여 초음파 접합하는 것이 바람직하다. 이처럼 구성함으로써, 배선 패턴의 단선 등을 일으키게 하는 일 없이, 배선 패턴끼리의 초음파 접합의 신뢰성이 더욱 향상된다.

본 발명에 따른 초음파 접합 방법은,

저위측 표면과, 상기 저위측 표면에 대해서 소정의 단차 높이로 높은 위치에 있는 고위측 표면과, 상기 저위측 표면과 상기 고위측 표면의 경계에 위치하는 단차 벽면을 가지는 스테이지를 준비하는 공정과,

제1 평면 부재를, 당해 제1 평면 부재의 단부가 상기 단차 벽면에 위치 맞춤 되도록, 상기 저위측 표면에 설치하는 공정과,

제2 평면 부재의 적어도 일부가 상기 제1 평면 부재 위에 적층되는 적층 부분이 형성되도록, 상기 고위측 표면에 제2 평면 부재를 설치하는 공정과,

초음파 혼의 압압부를, 상기 단차 벽면에 대응하는 위치에서 상기 적층 부분에 대고 누르는 공정을 가진다.

본 발명의 초음파 접합 방법에서는, 스테이지의 표면에 단차 벽면이 있기 때문에, 이 단차 벽면을 이용하여, 제1 평면 부재와 제2 평면 부재의 위치 맞춤이 용이하게 되어, 이러한 배선 패턴끼리의 초음파 접합이 가능하게 된다. 이 때문에, 예를 들어 수십μm 이하 정도로 배선 피치 간격이 좁은 경우여도, 쇼트 불량 등을 발생시키는 일 없이, 평면 부재끼리의 전기적 접속을 도모하는 것이 용이하게 된다. 또한, 초음파의 진동의 방향은, 적층부의 적층 방향이 아니고, 접합되는 배선 패턴끼리의 길이 방향에 따른 방향인 것이 바람직하다.

또, 최근에는, 스마트폰 등의 표시 화면 등과 같이, 장치의 외형 사이즈 근처까지 넓은 표시 화면이 요구됨으로써, 배선 패턴끼리의 접합 길이도 짧게 하지 않을 수 없어, 그 접속 신뢰성이 문제가 되고 있다. 본 발명의 방법에 의하면, 초음파 접합에 의해 금속끼리의 고상 결합이 가능하게 되어, 접속의 신뢰성도 향상한다.

또한, 본 발명의 초음파 접합 방법에는, 스테이지의 표면에 단차 벽면이 있기 때문에, 제1 평면 부재와 제2 평면 부재의 적층부의 폭이, 예를 들어 60mm 이상으로 넓은 경우여도, 확실히 배선 패턴끼리를 초음파 접합할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 평면 부재와 적층되는 상기 제1 평면 부재의 표면에는, 제1 금속이 형성되어 있고,

상기 제1 평면 부재와 적층되는 상기 제2 평면 부재의 표면에는, 제2 금속이 형성되어 있으며, 상기 초음파 혼의 압압부가 접촉하는 상기 적층 부분에서는, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 초음파에 의해 고상 결합된다.

바람직하게는, 제1 평면 부재에 형성되어 있는 배선 패턴의 접속부가 제1 금속으로 구성되어 있고, 제2 평면 부재에 형성되어 있는 배선 패턴의 접속부가 제2 금속으로 구성되어 있다. 이들이 초음파 접합에 의해 고상 결합된다. 이들 금속으로는, 초음파 접합 가능한 금속(합금 포함)이면, 특별히 한정되지 않지만, 은,금, 알루미늄, 혹은 이들을 주성분으로 하는 합금 등이 예시된다. 또한, 이러한 금속의 표면에, 티탄 등을 주성분으로 하는 산화 방지막이 형성되어 있어도 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 초음파 접합 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 장치를 이용한 초음파 접합 방법의 일 공정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 2에 이어서 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 3에 이어서 나타내는 개략도이다.
도 5a는 도 4에 이어서 나타내는 개략도이다.
도 5b는 도 5a에 이어서 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명을, 도면에 나타내는 실시형태에 의거하여 설명한다.

도 1에 나타내는 본 발명의 일 실시형태에 따른 초음파 접합 장치(2)를 이용하여, 도 2~도 5b에 나타내는 초음파 접합 방법을 실시하고, 도 5b에 나타내는 기판 접합체(8)를 제조하는 방법을 설명한다.

도 5b에 나타내는 바와 같이, 기판 접합체(8)는, 제1 평면 부재로서의 전자 제어 기판(4)과 제2 평면 부재로서의 플렉시블 기판(6)을 가진다. 전자 제어 기판(4)은, 예를 들어 액정 표시 패널, 유기 EL 표시 패널, 혹은 그 외의 표시 패널이어도 되고, 예를 들어 유리 기판을 포함하고 있어도 된다.

플렉시블 기판(6)은, 전자 제어 기판(4)에, 어떠한 신호와 전력을 공급하기 위한 기판이며, 전자 제어 기판(4)의 배선 패턴(4a)과, 플렉시블 기판(6)의 배선 패턴(6a)이, 패턴마다 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 도 5b에 나타내는 기판 접합체(8)에서는, 배선 패턴(4a)과 배선 패턴(6a)이 초음파 접합된 후에는, 플렉시블 기판(6)은, 전자 제어 기판(4)의 배선 패턴(4a) 측의 단부로부터 뒤편에 접혀 구부러져, 예를 들어 스마트폰의 케이싱의 내부에 수용된다. 이처럼 구성함으로써, 케이싱의 외형 사이즈에 가까운 전면을, 전자 제어 기판(4)의 표시 화면으로서 이용할 수 있다.

이러한 관점에서는, 배선 패턴(4a)과 배선 패턴(6a)의 X축 방향의 중복폭(x1)(도 5a 참조)은, 예를 들어 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.2mm 이하와, 가능한 한 작게 하는 것이 요구되고 있다. 또, 화면 표시의 고미세화와 함께, 배선 패턴(4a) 및 배선 패턴(6a)의 Y축 방향의 배선 피치 간격은, 예를 들어 수십μm 이하, 바람직하게는 20μm 이하 정도로 작아지고 있다. 또한, 도에서는, 기판(6)의 두께가 기판(4)과 동일한 정도의 두께로 그려져 있지만, 실제로는, 기판(6)의 두께는, 기판(4)의 두께와 비교해 작지만, 같아도 반대여도 된다.

본 실시형태에서는, 전자 제어 기판(4)의 배선 패턴(4a)과, 플렉시블 기판(6)의 배선 패턴(6a)을, 패턴마다 전기적으로 접속하기 위해서, 도 1에 나타내는 초음파 접합 장치(2)를 이용하고 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 초음파 접합 장치(2)는, 접합해야 할 전자 제어 기판(4)과 플렉시블 기판(6)이 설치되는 스테이지(10)와 전자 제어 기판(4)과 전 플렉시블 기판(6)의 적층 부분에 대고 눌러지는 압압부(50a)를 가지는 초음파 혼(50)을 가진다.

또, 스테이지(10)의 Z축 방향의 상부에는, 반송 헤드(20)가, 스테이지(10)에 대해서 X축, Y축 및 Z축 방향으로 상대 이동 가능하게 배치되어 있다. 또한, 스테이지(10)의 Z축 방향의 상부에는, 반송 헤드(20)와는 Z축 방향의 위치가 어긋나도록, 카메라(30)가, 스테이지(10)에 대해서, 적어도 X축 및 Y축 방향으로 상대 이동 가능하게 배치되어 있다. 또한, 카메라(30)도, 반송 헤드(20)와 마찬가지로, 스테이지(10)에 대해서 Z축 방향으로 상대 이동 가능하게 배치해도 된다.

또, 초음파 혼(50)은, 반송 헤드(20) 및 카메라(30)는 충돌하지 않는 위치에서, 스테이지(10)에 대해서 X축, Y축 및 Z축 방향으로 상대 이동 가능하게 배치되어 있다. 상대 이동이 가능하다는 것은, 한쪽이 다른 쪽에 대해서 이동해도 되고, 다른쪽이 한쪽에 대해서 이동해도 되고, 혹은, 한쪽과 다른 쪽이 서로 이동해도 된다는 취지이며, 한쪽과 다른 쪽의 상대 위치가 변화한다.

스테이지(10), 초음파 혼(50), 흡착 헤드(20) 및 카메라(30)의 상대 이동 기구의 제어는, 도시생략 되어 있는 제어 수단에 의해 실시된다. 제어 수단은, 장치(2)의 제어장치를 겸하고 있어도 되고, 카메라(30)에 의해 취득한 화상의 화상 처리, 후술하는 흡착구멍(11, 12, 14)의 부압제어도 실시하고 있어도 된다. 제어 수단으로는, 전용의 제어 회로여도 되고, 제어 프로그램을 가지는 범용의 컴퓨터로 구성되어 있어도 된다.

또한, 도면에 있어서, X축, Y축 및 Z축은, 서로 대략 수직이며, Z축은, 장치(2)의 높이 방향에 일치하고, X축은, 전자 제어 기판(4) 또는 플렉시블 기판(6)의 길이 방향에 일치하고, Y축은, 전자 제어 기판(4) 또는 플렉시블 기판(6)의 폭방향에 일치한다. 또, X축 및 Y축은, 전자 제어 기판(4)의 표시면에 대략 평행한다.

스테이지(10)의 Z축 상면에는, 적어도 전자 제어 기판(4)이 설치되는 저위측 표면(10a)과, 저위측 표면(10a)에 대해서 소정의 단차 높이(z1)로 높은 위치에 있는 고위측 표면(10b)과, 저위측 표면(10a)과 고위측 표면(10b)의 경계에 위치하는 단차 벽면(10c)이 형성되어 있다. 저위측 표면(10a)과 고위측 표면(10b)은, 각각 X－Y축 평면에 대해서, 대략 평행하며, 단차 벽면(10c)은, Z－Y축 평면에 대해서, 대략 평행하다.

저위측 표면(10a)에는, 전자 제어 기판(4)이 설치되는 접합 위치(10a1)와, 접합 위치(10a1)로부터 X축 방향(또는 Y축 방향)으로 떨어져 플렉시블 기판(6)이 임시로 설치되는 대기 위치(10a2)가 형성되어 있다. 접합 위치(10a1)에 위치하는 저위측 표면(10a)에는, 스테이지(10)의 내부에 형성되어 있는 복수의 제1 흡착구멍(12)이 개구되어 있다. 또, 대기 위치(10a2)에 위치하는 저위측 표면(10a)에는, 스테이지(10)의 내부에 형성되어 있는 복수의 대기 흡착구멍(11)이 개구되어 있다.

제1 흡착구멍(12)에 부압이 작용함으로써, 접합 위치(10a1)에 재치된 전자 제어 기판(4)을, 접합 위치(10a1)에 있어서 저위측 표면(10a)에 착탈 가능하게 흡착 임시 고정할 수 있다. 접합 위치(10a1)에 있어서는, 전자 제어 기판(4)은, 기판(4)에 형성되어 있는 배선 패턴(4a)의 접속 예정부가 Z축 방향 위를 향하도록, 게다가, 기판(4)의 배선 패턴(4a)의 접속 예정부 측의 단부가 단차 벽면(10c)에 부딪치도록(접촉하도록) 배치된다. 전자 제어 기판(4)을, 접합 위치(10a1)에 있어서 저위측 표면(10a)의 상술한 소정 위치에 배치하기 위한 수단으로는, 예를 들어 도 1에 나타내는 흡착 헤드(20)를 이용해도 되고, 혹은, 이와는 다른 흡착 헤드를 이용해도 된다.

또, 대기 흡착구멍(11)에 부압이 작용함으로써, 대기 위치(10a2)에 재치된 플렉시블 기판(6)을, 대기 위치(10a2)에 있어서 저위측 표면(10a)에 착탈 가능하게 흡착 임시 고정할 수 있다. 대기 위치(10a2)에 있어서는, 플렉시블 기판(6)은, 기판(6)에 형성되어 있는 배선 패턴(6a)의 접속 예정부가 Z축 방향의 아래를 향하도록, 게다가, 기판(6)의 배선 패턴(6a)의 접속 예정부 측의 단부가 전자 제어 기판(4)과는 X축 방향의 반대측을 향하도록 배치된다. 플렉시블 기판(6)을, 대기 위치(10a2)에 있어서 저위측 표면(10a)의 상술한 소정 위치에 배치하기 위한 수단으로는, 예를 들어 도 1에 나타내는 흡착 헤드(20)를 이용한다.

본 실시 형태에서는, 단차 벽면(10c)의 단차 높이(Z1)는, 전자 제어 기판(4)의 두께(t0)와 동등 이하이며, 이러한 차이(t0－z1)는, 바람직하게는, 0~20μm, 더욱 바람직하게는 10~20μm이다.

스테이지(10)의 고위측 표면(10b)에는, 단차 벽면(10c)의 근처에서, 스테이지(10)의 내부에 형성되어 있는 복수의 제2 흡착구멍(14)이 개구되어 있다. 제2 흡착구멍(14)에 부압이 작용함으로써, 도 4에 나타내는 바와 같이, 고위측 표면(10b)에 재치된 플렉시블 기판(6)을, 단차 벽면(10c)의 근처에서 고위측 표면(10b)에 착탈 가능하게 흡착 임시 고정할 수 있다. 플렉시블 기판(6)을, 단차 벽면(10c)의 근처에서 고위측 표면(10a)에 배치하기 위한 수단으로는, 예를 들어 흡착 헤드(20)를 이용한다.

다음으로, 도 1에 나타내는 초음파 접합 장치(2)를 이용한 초음파 접합 방법에 대해 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 우선, 대기 위치(10a2)의 저위측 표면(10a)에 개구되어 있는 대기 흡착구멍(11)의 부압을 해제하고, 흡착 헤드(20)에 의해, 대기 위치(10a2)에 위치하고 있는 플렉시블 기판(6)을 Z축 방향의 상부에 들어 올린다. 흡착 헤드(20)는, 예를 들어 흡인력에 의해 헤드 하면에 기판(6)을 흡착 유지하는 기구를 가진다.

그 후에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 흡착 헤드(20)를 기판(6)과 함께, 스테이지(10)에 대해서, X축 방향으로 이동시킨다. 또한, 스테이지(10)를 X축 방향으로 이동시켜도 된다. 흡착 헤드(20)에 유지된 기판(6)은, 단차 벽면(10c) 근처의 고위측 표면(10b) 위에 위치하도록, 흡착 헤드(20)가 스테이지(10)에 대해서 X축 방향으로 상대 이동한다. 그 이동 제어는, 제어 수단에 의해 실시된다.

또, 기판(6)의 배선 패턴(6a)의 접속 예정부가, 기판(4)의 배선 패턴(4a)의 접속 예정부와 정확하게 위치 맞춤 되도록, 배선 패턴(4a)과 배선 패턴(6a)의 사이에는, 카메라(30)가 들어가고, 이러한 위치 관계를 촬상해, 제어 수단에서는, 이러한 화상 처리를 실시한다. 이 화상 처리 결과에 의거하여, 제어 수단은, 기판(6)의 배선 패턴(6a)의 접속 예정부가, 기판(4)의 배선 패턴(4a)의 접속 예정부와 정확하게 위치 맞춤 되도록, 흡착 헤드(20)를, 스테이지(10)에 대해서, X축 및 Y축 방향으로 상대적으로 이동시킨다. 또, 필요에 따라서, 제어 수단은 이동 기구를 제어하여, 흡착 헤드(20)를, 스테이지(10)에 대해서, 흡착 헤드의 축심주위에 회전이동도 실시시켜도 된다.

다음으로, 카메라(30)는, 기판(6)과 스테이지(10)의 사이에서 X축 방향으로 이동하고, 흡착 헤드(20)의 Z축 방향의 이동을 저해하지 않는 위치로 피한다. 그 후에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 흡착 헤드(20)는 스테이지(10)의 고위측 표면(10b)에 가까워지고, 기판(6)으로의 흡착 유지를 해제해, 기판(6)을 고위측 표면(10b) 위에 재치한다. 동시에, 제2 흡착구멍(14)에 부압이 작용해, 기판(6)을 고위측 표면(10b) 위에 흡착 유지한다. 그 상태로, 기판(6)의 X축 방향의 단부 하면과 기판(4)의 X축 방향의 단부 상면이 겹쳐, 단차 벽면(10c)에 대응하는 위치에서 적층 부분이 형성된다. 적층 부분에서는, 배선 패턴(4a)의 접합 예정부와 배선 패턴(6a)의 접합 예정부가 마주보게 된다.

다음으로, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 스테이지(10)를, 흡착 헤드(20) 및 카메라(30)에 대해서 X축 방향으로 상대 이동시키고, 초음파 혼(50)의 압압부(50a)를, 배선 패턴(6a, 4a)끼리의 적층 부분의 Z축 방향의 바로 윗쪽 위치에 위치시킨다. 또한, 스테이지(10)의 단차 벽면(10c)에 대해서, 초음파 혼(50)의 압압부(50a)가 X축 방향의 소정 범위(x3) 내에서 저위측 표면(10a) 위에 위치하도록, 미리 스테이지(10)와 초음파 혼(50)의 X축 상대 이동이 제어되어 있다.

즉, 초음파 혼(50)의 압압부(50a)는, 단차 벽면(10c)으로부터 소정 범위(x3)로 저위측 표면(10a) 위에 위치하는 적층부를 압압하도록, 이동 기구가 제어 수단으로 제어된다. 또한, 소정 범위(x3)란, 0보다 크고, 적층부의 X축 방향 길이(x1)보다 작은 것이 바람직하다. 즉, 압압부(50a)가 고위측 표면(10b) 위에 위치하는 기판(6)의 표면을 압압하지 않도록 제어된다.

적층부의 X축 방향 길이(x1)는, 배선 패턴(4a, 6a)의 접속 예정부의 겹치는 길이와도 일치하고, 예를 들어 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.2mm 이하와 가능한 한 작게 하는 것이 요구되고 있다. 또, 기판(4) 및 (6)의 중복 부분(적층 부분)을 압압하는 압압부(50a)의 X축 방향의 길이(x2)는, 적층부의 X축 방향 길이(x1)와 동등 이상인 것이 바람직하고, 길이의 차이(x2－x1)는, 바람직하게는, 0 이상으로 0.5mm, 더욱 바람직하게는 0.01~0.08mm이다.

다음으로, 도 5a부터 도 5b에 나타내는 바와 같이, 초음파 혼(50)을 스테이지(10)에 대해서 Z축 방향의 하방으로 상대 이동시켜, 초음파 혼(50)의 압압부(50a)를, 기판(4와 6)의 적층 부분에 꽉 눌러 적층 부분에 Z축 방향의 압압력과 X축 방향의 초음파 진동을 더한다. 그 결과, X축 방향으로 길고 Y축 방향으로는 소정 피치 간격으로 배치되어 있는 적층 부분의 배선 패턴(4a, 6a)의 금속끼리가 초음파에 의해 고상 결합된다.

배선 패턴(4a, 6a)을 구성하는 금속으로는, 초음파 접합 가능한 금속(합금 포함)이면, 특별히 한정되지 않지만, 은, 금, 알루미늄, 혹은 이들을 주성분으로 하는 합금 등이 예시된다. 또한, 이러한 금속의 표면(특히 알루미늄의 표면)에, 티탄 등을 주성분으로 하는 산화 방지막이 형성되어 있어도 된다.

본 실시형태에 따른 기판 접합체(8)의 제조 방법(초음파 접합 방법을 포함한다)에서는, 스테이지(10)의 표면에 단차 벽면(10c)이 있기 때문에, 이 단차 벽면(10c)을 이용하여, 전자 제어 기판(4)과 플렉시블 기판(6)의 위치 맞춤이 용이하게 되고, 이러한 배선 패턴(4a, 6a)끼리의 초음파 접합이 가능하게 된다. 이 때문에, 예를 들어 수십μm 이하 정도로 Y축 방향의 배선 피치 간격이 좁은 경우에도, 쇼트 불량 등을 발생시키는 일 없이, 전자 제어 기판(4)과 플렉시블 기판(6)의 전기적 접속을 도모하는 것이 용이하게 된다. 또한, 초음파의 진동의 방향은, 적층부의 적층 방향(Z축 방향)이 아니라, 접합되는 배선 패턴(4a, 6a)끼리의 길이 방향에 따른 방향인 것이 바람직하다.

또, 최근에는, 스마트폰 등의 표시 화면 등과 같이, 장치의 케이싱 외형 사이즈 근처까지 넓은 표시 화면이 요구됨으로써, 배선 패턴(4a, 6a)끼리의 접합 길이(x1)도 짧게 하지 않을 수 없어, 그 접속 신뢰성이 문제가 되고 있다. 본 실시 형태의 방법에 의하면, 초음파 접합에 의해 금속끼리의 고상 결합이 가능하게 되어, 접속의 신뢰성도 향상한다.

또한, 본 실시형태의 기판 접합체의 제조 방법에서는, 스테이지(10)의 표면에 단차 벽면(10c)이 있기 때문에, 전자 제어 기판(4)과 플렉시블 기판(6)의 적층부의 Y축 방향의 폭이, 예를 들어 60mm 이상으로 넓은 경우에서도, 확실히 배선 패턴끼리를 초음파 접합할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 초음파 혼(50)의 압압부(50a)는, 단차 벽면(10c)으로부터 소정 범위에서 저위측 표면(10a) 위에 위치하는 적층부를 압압하도록, 이동 기구가 제어 수단으로 제어된다. 초음파 혼(50)의 압압부(50a)는, 고위측 표면(10b) 위에 위치하는 플렉시블 기판(6)을 압압하지 않는 것이 바람직하고, 적층부만을 압압하여 초음파 접합하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 배선 패턴의 단선 등을 일으키게 하는 일 없이, 배선 패턴(4a, 6a)끼리의 초음파 접합의 신뢰성이 더욱 향상된다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 개변할 수 있다.

예를 들어, 전자 제어 기판(4)으로는, 유리 기판을 포함하는 강성의 기판뿐만 아니라, 유연성을 가지는 유연한 기판이어도 된다.

또, 상술한 실시 형태에서는, 제2 평면 부재로서 플렉시블 기판(6)을 이용하고 있지만, 특별히 한정되지 않는다.

2…초음파 접합 장치
4…전자 제어 기판(제1 평면 부재)
4a…배선 패턴
6…플렉시블 기판(제2 평면 부재)
6a…배선 패턴
8…기판 접합체
10…스테이지
10a…저위측 표면
10a1…접합 위치
10a2…대기 위치
10b…고위측 표면
10c…단차 벽면
11…대기 흡착구멍
12…제1 흡착구멍
14…제2 흡착구멍
20…반송 헤드
30…카메라
50…초음파 혼
50a…압압부

Claims (8)

1. 접합해야 할 제1 평면 부재와 제2 평면 부재가 설치되는 스테이지와,
   상기 제1 평면 부재와 상기 제2 평면 부재의 적층 부분에 대고 눌러지는 압압(押壓)부를 가지는 초음파 혼을 가지는 초음파 접합 장치로서,
   상기 스테이지는,
   상기 제1 평면 부재가 설치되는 저위측 표면과,
   상기 저위측 표면에 대해서 소정의 단차 높이로 높은 위치에 있고, 상기 제2 평면 부재가 설치되는 고위측 표면과,
   상기 저위측 표면과 상기 고위측 표면의 경계에 위치하는 단차 벽면을 가지는, 초음파 접합 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스테이지는,
   상기 제1 평면 부재의 단부가 상기 단차 벽면에 접촉하여 위치 결정되도록, 상기 제1 평면 부재를 상기 저위측 표면에 착탈 가능하게 고정하는 제1 고정 수단과,
   상기 제2 평면 부재의 적어도 일부가 상기 제1 평면 부재 위에 적층되도록, 상기 제2 평면 부재를 상기 고위측 표면에 착탈 가능하게 고정하는 제2 고정 수단을 더 가지는, 초음파 접합 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 초음파 혼을, 상기 스테이지에 대해서 상대 이동시키는 이동 기구와,
   상기 초음파 혼의 압압부가, 상기 단차 벽면에 대응하는 위치에서 상기 적층 부분에 대고 눌러지도록, 상기 이동 기구를 제어하는 제어 수단을 더 가지는, 초음파 접합 장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단차 높이는, 상기 제1 평면 부재의 두께와 동등 이하인, 초음파 접합 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 초음파 혼의 압압부는, 상기 단차 벽면으로부터 소정 범위에서 상기 저위측 표면 위에 위치하는 상기 적층부를 압압하도록, 상기 이동 기구가 상기 제어 수단으로 제어되는, 초음파 접합 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 초음파 혼의 압압부는, 상기 단차 벽면으로부터 소정 범위에서 상기 저위측 표면 위에 위치하는 상기 적층부를 압압하도록, 상기 이동 기구가 상기 제어 수단으로 제어되는, 초음파 접합 장치.
7. 저위측 표면과, 상기 저위측 표면에 대해서 소정의 단차 높이로 높은 위치에 있는 고위측 표면과, 상기 저위측 표면과 상기 고위측 표면의 경계에 위치하는 단차 벽면을 가지는 스테이지를 준비하는 공정과,
   제1 평면 부재를, 당해 제1 평면 부재의 단부가 상기 단차 벽면에 위치 맞춤 되도록, 상기 저위측 표면에 설치하는 공정과,
   제2 평면 부재의 적어도 일부가 상기 제1 평면 부재 위에 적층되는 적층 부분이 형성되도록, 상기 고위측 표면에 제2 평면 부재를 설치하는 공정과,
   초음파 혼의 압압부를, 상기 단차 벽면에 대응하는 위치에서 상기 적층 부분에 대고 누르는 공정을 가지는, 초음파 접합 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제2 평면 부재와 적층되는 상기 제1 평면 부재의 표면에는, 제1 금속이 형성되어 있고,
   상기 제1 평면 부재와 적층되는 상기 제2 평면 부재의 표면에는, 제2 금속이 형성되어 있으며, 상기 초음파 혼의 압압부가 접촉하는 상기 적층 부분에서는, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 초음파에 의해 고상 결합되는, 초음파 접합 방법.

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