(57)【要約】【課題】電子部品を確実に実装および接続し、信頼性の向上した熱圧着方法および熱圧着装置を提供することにある。【解決手段】複数のパッド部７５が設けられた基板７２上に、複数のバンプ８０を有した電子部品７８を異方性導電膜８２を介して熱圧着する熱圧着方法であって、複数のパッド部と複数のバンプとの間に異方性導電膜を配置し、パッド部に対してバンプを位置決めした状態で電子部品を基板上に配置する。異方性導電膜の内、複数のバンプ間に位置した部分がバンプに対向する部分よりも早く硬化するように、これらバンプ間の部分を予め加熱した後、異方性導電膜を介して電子部品を基板上に熱圧着する。【選択図】  図４
2007123343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパッド部が設けられた基板上に、複数のバンプを有した電子部品を熱圧着する熱圧着方法において、
前記複数のパッド部と前記複数のバンプとの間に異方性導電膜を配置し、
前記パッド部に対して前記バンプを位置決めした状態で前記電子部品を基板上に配置し、
前記異方性導電膜の内、前記複数のバンプ間に位置した部分が前記バンプに対向する部分よりも早く硬化するように、これらバンプ間の部分を予め加熱した後、
前記異方性導電膜を介して前記電子部品を前記基板上に熱圧着する熱圧着方法。
【請求項２】
前記異方性導電膜の内、前記複数のバンプ間に位置した部分に、前記基板側から赤外線を照射して加熱する請求項１に記載の熱圧着方法。
【請求項３】
前記基板上に設けられたパッド部をマスクとして、前記基板の外面側から前記異方性導電膜に赤外線を照射する請求項２に記載の熱圧着方法。
【請求項４】
複数のパッド部が設けられた基板上に、複数のバンプを有した電子部品を異方性導電膜を介して熱圧着する熱圧着装置であって、
前記電子部品に接触する先端部を有し、この電子部品を前記基板に向けて加圧および加熱するヒータツールと、
前記電子部品、異方性導電膜、および基板を挟んで前記ヒータツールと対向して設けられ、前記ヒータツールの加圧に対して前記電子部品、異方性導電膜、および基板を支持するバックアップ部材と、
前記異方性導電膜の内、前記複数のバンプ間に位置した部分を加熱する加熱手段と、
を備えた熱圧着装置。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記異方性導電膜の内、前記複数のバンプ間に位置した部分に、前記基板の外面側から赤外線を照射する赤外線放出器を備えている請求項４に記載の熱圧着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液晶表示装置の電極基板と電子部品とを加熱、加圧することにより電気的かつ機械的に接続する熱圧着方法および熱圧着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置に代表される平面表示装置は、薄型、軽量、低消費電力といった特徴を生かして、テレビ、コンピュータあるいはカーナビゲーション・システム等の各種表示装置として利用されている。
【０００３】
例えば、液晶表示装置は、互いに対向したアレイ基板と対向基板とを有し、これらの基板間に、配向膜を介して液晶組成物が封入されている。アレイ基板は、ガラス基板上に複数本の信号線と複数本の走査線とをマトリックス状に配置し、信号線と走査線との各交差部近傍に、スイッチング素子を介して画像電極を配置することによって構成されている。  
対向基板は、ガラス基板上にスイッチング素子および画素電極周辺を遮光するためのマトリックス状の遮光膜を設け、この遮光膜上に絶縁膜を介して透明な対向電極を設けることにより構成されている。
【０００４】
近年、アレイ基板を構成するガラス基板の周縁部に、直接、ドライバＩＣを実装したＣＯＧ（チップ・オン・グラス）実装が用いられている。ＣＯＧ実装では、通常、熱硬化性接着樹脂中に導電粒子が分散されてなる異方性導電膜を間に挟んで、金属バンプが形成されたドライバＩＣとアレイ基板上に形成された配線とを接続する方法がとられている（例えば、特許文献１）。この方法によれば、アレイ基板の周縁部に形成されたパッド部上に異方性導電膜を貼り付け、金属バンプとアレイ基板のパッド部とを位置合わせした後、加熱ツールによってドライバＩＣを加圧および加熱することにより、ドライバＩＣをアレイ基板に熱圧着する。
【０００５】
ＣＯＧ実装を用いた場合、フレキシブル印刷回路（以下ＦＰＣと称する）、あるいは、キャリアテープ上に駆動素子が配置されてなるＴＡＢ（テープオートメーテッドボンディング）部品等を削減し、製造コストの低減を図ることが可能となる。また、微細接続が要求されるのは、ドライバＩＣをガラス基板に接続する１回の工程のみであり、製造効率向上を図ることができる。
【特許文献１】特開２００５−１３６１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したＣＯＧ実装において、ドライバＩＣの金属バンプは、異方性導電膜中に含まれる導電性粒子を介して基板上のパッド部に電気的に接続される。しかしながら、ドライバＩＣを加熱加圧する場合、ＩＣに設けられた金属バンプから先に加熱され、異方性導電膜内の導電粒子はギャップ部、つまり、金属バンプの周囲に位置した部分に移動する。そのため、金属バンプと対向する部分において、導電粒子の数が低減してしまう。電気的接続に寄与する導電性粒子数は金属バンプ当たりに３Ｐ（３個）必要であり、これを下回ると、金属バンプとガラス基板側配線との間の電気的接続にバラツキが生じる。
【０００７】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、電子部品を確実に実装および接続し、信頼性の向上した熱圧着方法および熱圧着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の態様に係る熱圧着方法は、複数のパッド部が設けられた基板上に、複数のバンプを有した電子部品を熱圧着する熱圧着方法であって、
前記複数のパッド部と前記複数のバンプとの間に異方性導電膜を配置し、前記パッド部に対して前記バンプを位置決めした状態で前記電子部品を基板上に配置し、前記異方性導電膜の内、前記複数のバンプ間に位置した部分が前記バンプに対向する部分よりも早く硬化するように、これらバンプ間の部分を予め加熱した後、前記異方性導電膜を介して前記電子部品を前記基板上に熱圧着することを特徴としている。
【０００９】
この発明の他の態様に係る熱圧着装置は、複数のパッド部が設けられた基板上に、複数のバンプを有した電子部品を異方性導電膜を介して熱圧着する熱圧着装置であって、
前記電子部品に接触する先端部を有し、この電子部品を前記基板に向けて加圧および加熱するヒータツールと、前記電子部品、異方性導電膜、および基板を挟んで前記ヒータツールと対向して設けられ、前記ヒータツールの加圧に対して前記電子部品、異方性導電膜、および基板を支持するバックアップ部材と、前記異方性導電膜の内、前記複数のバンプ間に位置した部分を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、異方性導電膜の内、複数のバンプ間に位置した部分を予め加熱した後、電子部品を熱圧着することにより、バンプと対向する部分の異方性導電膜が加熱されて流動性を帯びる時、異方性導電膜のバンプ間に位置した部分では、既に流動性が比較的下がった状態になり、導電性粒子の移動が抑制される。そのため、バンプと基板上のパッド部との間の導電性粒子の捕獲数を確保でき、バンプとパッドとの電気的接続を安定させることができる。これにより、電子部品を確実に実装および接続し、信頼性の向上した熱圧着方法および熱圧着装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る熱圧着装置および熱圧着方法について詳細に説明する。  
図１は、熱圧着装置全体を示している。図１に示すように、液晶表示装置の製造に用いられる熱圧着装置は、基台１０と基台上に取り付けられた支持フレーム１２とを備えている。基台１０の上面にはＸ−Ｙテーブル１４が設けられ、このＸ−Ｙテーブル上にはステージ１６が設けられている。ステージ１６には、後述する被加工物としての液晶表示パネル等が載置される。
【００１２】
ステージ１６の上方には、熱圧着ヘッド１８を有するヘッドユニット２０が設けられている。ヘッドユニット２０は、エアシリンダ２２を介して可動台２４に取り付けられている。可動台２４は、支持フレーム１２の内、ステージ１６の上方を水平に延びる水平フレーム２６に支持されている。これにより、ヘッドユニット２０は、ステージ１６に対して昇降可能に、かつ、水平方向に沿って移動可能に支持されている。  
支持フレーム１２の前部には、Ｘ−Ｙテーブル１４、エアシリンダ２２、熱圧着ヘッド１８等の動作を制御する操作パネル２８が設けられている。
【００１３】
図２および図３は、熱圧着装置の熱圧着ヘッド１８およびバックアップ部材６０を示している。図２および図３に示すように、熱圧着ヘッド１８は、支持ロッド２３を介してエアシリンダ２２に固定された板状のベース部３０、ベース部に取り付けられた直方体状の支持ブロック３２、および支持ブロックに固定されたヒータツール３４を備えている。支持ブロック３２は、ヒータツール３４の位置調整が可能なように、ベース部３０に対して回動可能に取り付けられている。
【００１４】
加熱、加圧手段として機能するヒータツール３４は、所定間隔離間して互いに平行に対向した一対の脚部３４ａと、これら脚部の一端を互いに連結した先端部３４ｂと、を有し、ほぼＵ字形状に形成されている。先端部３４ｂの底面３６は平坦に形成され水平に延びている。ヒータツール３４は例えば鉄で形成されているとともに、先端部３４ｂは電気抵抗が最も高くなるように充分に薄く形成されている。
【００１５】
ヒータツール３４は、その一対の脚部３４ａを支持ブロック３２の下面に固定されたシャンク３８にねじ止めすることによって支持ブロックに脱着可能に固定されている。シャンク３８は、導電性物質、例えば、銅の表面に金メッキを施して形成されているとともに、電流供給ライン４０を通してパルス電源４２および図示しない制御部に接続されている。パルス電源４２からパルス電流を供給することにより、シャンク３８を介してヒータツール３４に通電され、電気抵抗の高いヒータツールの先端部３４ｂは供給電流に応じたジュール熱を瞬時に発生する。
【００１６】
ヒータツール３４の先端部３４ｂには、サーミスタ等の図示しない温度センサが取り付けられ、この温度センサは制御部に接続されている。そして、先端部３４ｂの加熱温度は温度センサにより検出され、制御部は、検出温度に応じてパルス電源４２の動作を制御し、先端部３４ｂを所定の加熱温度に設定する。
【００１７】
支持ブロック３２の上面には、ブラケットを介して調整レバー４４が固定されている。この調整レバー４４の先端部を押して支持ブロック３２を回動させることにより、ヒータツール３４が支持ブロックと共に回動し、被接合部に対するヒータツール先端部３４ｂの平行度を調整することができる。
【００１８】
図２および図３に示すように、熱圧着ヘッド１８は、ヒータツール３４の先端部３４ｂの底面３６を覆うように張架された捕獲シート５０、およびこの捕獲シートを巻き取り可能に支持したシート支持機構５２を備えている。捕獲シート５０は、耐熱性および弾性を有した材料、例えば、厚さ０．０８ｍｍのテフロン（登録商標）シートにより形成されているとともに、ヒータツール３４の幅よりも大きな幅に形成されている。
【００１９】
シート支持機構５２は、それぞれ支持ブロック３２に回転自在に支持された一対のリール５４ａ、５４ｂ、および少なくとも一方のリールを回転させる駆動モータ５６を備えている。そして、捕獲シート５０は、ヒータツール３４の先端部３４ｂを外側から跨いで配置され、その両端部は、一対のリール５４ａ、５４ｂに巻き付けられている。駆動モータ５６によってリール５４ａを回転させることにより、捕獲シート５０はリール５４ａに巻き取られ、捕獲シートの新しい部分がヒータツール３４の先端部３４ｂと対向して位置する。
【００２０】
図２および図３に示すように、熱圧着装置は、ステージ１６側に設けられ、熱圧着ヘッド１８の下方に隙間を置いて対向したバックアップ部材６０を備えている。バックアップ部材６０は、例えば金属により角筒形状に形成され、その上端部は、透明なカバー板６１によって閉塞されている。バックアップ部材６０の上端面およびカバー板６１は、ヒータツール３４の底面３６に対向した平坦な支持面６０ａを構成している。バックアップ部材６０は、昇降自在に、かつ、ステージ１６に対して水平方向の位置調整が可能に設けられている。バックアップ部材６０は、ヒータツール３４による加圧に対して、被接合部を支える。
【００２１】
図２ないし図４に示すように、熱圧着装置は、バックアップ部材６０内に設けられ加熱手段として機能する赤外線放射器、ここでは、赤外線ランプ６３を備えている。この赤外線ランプ６３は、ほぼ水平に延びカバー板６１と対向している。赤外線ランプ６３を点灯することにより、放出された赤外線はカバー板６１を透過して上方へ照射される。
【００２２】
次に、以上のように構成された熱圧着装置の熱圧着動作について説明する。ここでは、液晶表示パネルのアレイ基板上に電子部品としてドライバＩＣを熱圧着する場合について説明する。  
図５および図６に示すように、液晶表示パネル７０は、所定のギャップをおいて互いに対向配置されたアレイ基板７２および対向基板７４と、これらの基板間に封入された図示しない液晶と、を備えている。アレイ基板７２および対向基板７４は、例えば、板厚０．３ｍｍの薄板ガラスにより構成されている。アレイ基板７２上には、信号線、走査線等を含む導体パターンが形成され、アレイ基板の周縁部には、導体パターンに導通した多数のリード７５が互いに平行にかつ所定の間隔をおいて設けられている。リード７５は電子部品を接続するためのパッド部として機能する。
【００２３】
アレイ基板７２に実装される複数のドライバＩＣ７８は、それぞれ矩形状のベアチップにより構成されている。ドライバＩＣ７８の一方の表面は実装面を構成し、この実装面には、金属からなる複数のバンプ８０が突設されている。これらのバンプ８０はドライバＩＣ７８の電極を構成している。また、複数のバンプ８０は、アレイ基板７２側のリード７５に対応したピッチで設けられている。
【００２４】
次に、熱圧着装置を用いて、アレイ基板７２の周縁部にドライバＩＣ７８を熱圧着して実装する方法について説明する。  
図６に示すように、まず、ドライバＩＣ７８を実装するアレイ基板７２のリード７５部分を洗浄した後、細長いシート状の異方性導電膜８２を複数のリード７５に重ねてアレイ基板７２の周縁部に貼付ける。異方性導電膜８２は、例えば、熱硬化性樹脂中にニッケル、はんだ等の導電粒子を分散させてシート状に形成されている。
【００２５】
続いて、図５および図６に示すように、アレイ基板７２に設けられた所定のリード７５とドライバＩＣ７８のバンプ８０とを正確に位置合わせしながら、異方性導電膜８２を間に挟んでドライバＩＣ７８をアレイ基板７２上に重ね合わせ、仮圧着を行う。この状態で、液晶表示パネル７０および複数のドライバＩＣ７８を熱圧着装置のステージ１６上に載置する。
【００２６】
続いて、操作パネル２８を介してＸ−Ｙテーブル１４を作動させ、図２ないし図４に示すように、アレイ基板７２の周縁部および仮圧着されたドライバＩＣ７８がヒータツール３４の先端部３４ｂとバックアップ部材６０との間に整列する位置へステージ１６を移動させる。この状態で、捕獲シート５０は、ヒータツール３４の先端部３４ｂとドライバＩＣ７８との間に介在している。
【００２７】
次いで、バックアップ部材６０をドライバＩＣ７８と対向する位置に位置調整する。その後、図４に示すように、バックアップ部材６０をアレイ基板７２の下面と当接する位置まで上昇させ、バックアップ部材によってアレイ基板の周縁部を下から支持する。
【００２８】
図４に示すように、エアシリンダ２２を駆動して熱圧着ヘッド１８を下降させ、ヒータツール３４の先端部３４ｂの底面３６をドライバＩＣ７８に上方から押し付け、ドライバＩＣをアレイ基板７２に向かって所定の圧力で加圧する。この際、ヒータツール３４の底面３６は捕獲シート５０を間に挟んでドライバＩＣ７８を押圧する。同時に、アレイ基板７２の裏面をバックアップ部材６０の支持面６０ａ上に支持し、バックアップ部材６０とヒータツール３４との間にドライバＩＣ７８、異方性導電膜８２、アレイ基板７２を挟持する。
【００２９】
この状態で、赤外線ランプ６３を点灯して赤外線を放射する。赤外線は透明なカバー板６１およびアレイ基板７２を通って異方性導電膜８２に照射される。この際、赤外線ランプ６３と異方性導電膜８２との間には、複数のリード７５が配置されている。そのため、複数のリード７５がマスクとして作用し、赤外線は、異方性導電膜８２の内、リード７５間に位置した部分、すなわち、ドライバＩＣ７８の複数のバンプ８０間に位置した部分（以下、ギャップ部分と称する）のみに照射される。これにより、異方性導電膜８２のギャップ部分を予め加熱し、異方性導電膜の内、バンプ８０と対向する部分（以下、バンプ対向部分と称する）と、ギャップ部分との間に温度差を持たせ、ギャップ部分がより早く硬化反応が進むようにする。
【００３０】
続いて、パルス電源４２から所定時間通電し、ヒータツール３４を加熱する。そして、ヒータツール３４によってドライバＩＣ７８、異方性導電膜８２、およびアレイ基板７２に熱および圧力を加え、異方性導電膜８２を挟んでドライバＩＣをアレイ基板７２上に本圧着する。この際、ヒータツール３４の熱は、主に、ドライバＩＣのバンプ８０を通して異方性導電膜８２のバンプ対向部分に伝わる。異方性導電膜８２の樹脂が熱を受けると、一旦粘土が下がって流動性を持ち、その後、硬化する。前述したように、異方性導電膜８２のギャップ部分を先に加熱して樹脂の反応を進めることにより、バンプ対向部分の樹脂が加熱されて流動性を帯びる時、既にギャップ部分の流動性は比較的下がった状態となっている。そのため、本圧着時、バンプ対向部分における導電性粒子の移動が抑制される。従って、異方性導電膜８２内における導電性粒子がバンプ対向部分からギャップ部分に逃げることを防止し、ドライバＩＣ７８の各バンプ８０とリード７５との間に充分な数の導電性粒子を捕捉することができる。その結果、ドライバＩＣ７８のバンプ８０は、対応するリード７５に対し、確実に機械的かつ電気的に接続される。
【００３１】
続いて、ヒータツール３４への通電を停止し、ヒータツール３４が所定の温度まで低下した後、エアシリンダ２２を駆動してヘッドユニット２０を上昇させる。
【００３２】
以上の動作により、異方性導電膜８２の樹脂が加熱され一旦軟化して押し潰された後に硬化し、ドライバＩＣ７８がアレイ基板７２に実装される。同時に、異方性導電膜８２の樹脂中に分散した導電粒子によりアレイ基板７２のリード７５とドライバＩＣ７８のバンプ８０とが電気的に接続される。
【００３３】
なお、熱圧着時、捕獲シート５０によってヒータツール３４の底面３６を覆うことにより、溶融した余剰の異方性導電膜８２がはみ出した場合でも、捕獲シート５０によって余剰異方性導電膜を捕獲し、ヒータツールに付着することを防止する。捕獲シート５０が汚れた場合、あるいは、定期的に、リール５４ａを駆動して捕獲シートを巻き取り、捕獲シートの新しい部分をヒータツール３４の先端部と対向する位置へ移動させる。
【００３４】
以上のように構成された熱圧着装置および熱圧着方法によれば、異方性導電膜の内、複数のバンプ間に位置した部分、つまり、ギャップ部分を予め加熱した後、ドライバＩＣを加圧、加熱する。そのため、バンプと対向する部分の異方性導電膜が加熱されて流動性を帯びる時、異方性導電膜のギャップ部分では、既に流動性が比較的下がった状態になり、導電性粒子の移動が抑制される。従って、バンプと基板上のリードとの間における導電性粒子の捕獲数を確保でき、バンプとリードとの電気的接続を安定させることができる。これにより、電子部品を確実に実装および接続し、信頼性の向上した熱圧着方法および熱圧着装置を得ることができる。
【００３５】
また、弾性を有した捕獲シート５０をヒータツール３４と被接合部との間に設けることにより、被接合部に多少の凹凸がある場合でも、捕獲シートを介してヒータツール３４の底面を被接合部に密着させることができる。余剰の異方性導電膜がはみ出した場合でも、捕獲シートによりヒータツール３４への付着を防止し、ヒータツールの汚れを防止することができる。
【００３６】
この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００３７】
例えば、この発明に係る熱圧着方法および熱圧着装置はアレイ基板とドライバＩＣとの接続に限らず、フレキシブルプリント回路基板とＩＣチップとの接続等に用いても良い。また、熱圧着する電子部品は、ＩＣチップに限らず、バンプを有した他の電子部品を用いることも可能である。
【００３８】
異方性導電膜を加熱する加熱手段は、赤外線ランプに限らず、紫外線ランプ等の他の加熱手段を用いてもよい。上記実施形態において、ヒータツールは、パルス電源からのパルス電流を受けるパルスヒートツールとして用いたが、電源から一定の電流を受ける常時ヒートツールとして使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、この発明の実施形態に係る熱圧着装置を示す斜視図。
【図２】図２は、上記熱圧着装置の熱圧着ヘッドおよびバックアップ部材を示す正面図。
【図３】図３は、上記熱圧着装置の熱圧着ヘッドおよびバックアップ部材を示す側面図。
【図４】図４は、上記熱圧着装置による熱圧着工程を示す正面図。
【図５】図５は、上記熱圧着装置によって熱圧着される液晶表示パネル、およびドライバＩＣを示す斜視図。
【図６】図６は、上記液晶表示パネルおよびドライバＩＣの熱圧着部分を拡大して示す斜視図。
【符号の説明】
【００４０】
１６…ステージ、  １８…熱圧着ヘッド、  ２０…ヘッドユニット、
３４…ヒータツール、  ３４ａ…先端部、  ３６…底面、  ６０…バックアップ部材、
６０ａ…支持面、  ６３…赤外線ランプ、  ７０…液晶表示パネル、
７２…アレイ基板、  ７５…リード、  ７８…ドライバＩＣ、  ８０…バンプ、
８２…異方性導電膜
【図１】
2007123343.tif 000003
【図２】
2007123343.tif 000004
【図３】
2007123343.tif 000005
【図４】
2007123343.tif 000006
【図５】
2007123343.tif 000007
【図６】
2007123343.tif 000008