(57)【要約】【課題】設備をコンパクトな構造に維持しつつ、接合箇所の加熱温度の温度分布を均一化して熱圧着不良を低減することができる熱圧着装置および熱圧着方法を提供することを目的とする。【解決手段】回路基板２（第１の部材）に回路部品３（第２の部材）を熱圧着により接合するに際し、回路部品３を回路基板２に熱圧着する熱圧着ツール８を有する熱圧着ヘッド７と、熱圧着ツール８が回路部品３を回路基板２に熱圧着しているときに回路部品３と回路基板２の接合箇所とその周辺部に温風を吹きつける第１の温風ノズル２１、第２の温風ノズル２２より成る温風供給部とを備えた構成の熱圧着装置１を用い、回路部品３と回路基板２の接合箇所とその周辺部に温風を吹きつけながら、熱圧着ツール８で回路部品３を回路基板２に押圧する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材に第２の部材を熱圧着にて接合する熱圧着装置であって、
第２の部材を第１の部材に熱圧着する熱圧着ツールを有する熱圧着ヘッドと、
前記熱圧着ツールが第２の部材を第１の部材に熱圧着しているときに第２の部材と第１の部材の接合箇所とその周辺部に温風を吹きつける温風供給部とを備えた、熱圧着装置。
【請求項２】
前記温風供給部は、前記接合箇所と前記周辺部へ向けて温風を噴出する少なくとも１つの温風ノズルを有する、請求項１記載の熱圧着装置。
【請求項３】
少なくとも２個の前記温風ノズルが前記熱圧着ヘッドを挟むように配置されている、請求項２記載の熱圧着装置。
【請求項４】
第１の部材に第２の部材を熱圧着にて接合する熱圧着方法であって、
第２の部材と第１の部材の接合箇所とその周辺部に温風を吹きつけながら、熱圧着ツールで第２の部材を第１の部材に押圧する、熱圧着方法。
【請求項５】
第１の部材と第２の部材は半田もしくは半田を含む接合材料で接合され、
前記温風の温度は前記半田の融点よりも高い、請求項４記載の熱圧着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リジッド基板などの第１の部材にフレキシブル基板などの第２の部材を熱圧着により接合する熱圧着装置および熱圧着方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末などの小型・高実装密度の電子機器には、個々の機能モジュールをフィルム状のフレキシブル基板を介してリジッド基板に設けられた主電子回路に接続する構成が一般に用いられる。このフレキシブル基板に設けられた端子をリジッド基板の回路電極に接続する方法として、熱圧着ヘッドによってフレキシブル基板をリジッド基板に対して押圧しながら加熱することにより、端子と電極とを半田や異方性導電材によって接合する熱圧着が広く用いられている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に示す先行技術には、熱圧着ヘッドに個別に温度制御が可能な複数のヒータおよび温度センサを備え、温度センサの検出結果に基づいて複数のヒータを制御することにより、熱圧着ヘッドにおける温度分布を平坦化する例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７７８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述の先行技術には、熱圧着における圧着部分の温度のばらつきを簡便な構成で有効に低減させる上で、以下に述べるような難点があった。すなわち、熱圧着においては熱圧着ヘッドが備えた圧着ツールからの接触熱伝導によって接合箇所を加熱する構成となっていることから、圧着過程においては接合箇所は加熱されるとともに周囲への熱伝導による放熱で温度が低下する。この放熱による温度低下は、リジッド基板やフレキシブル基板における熱容量に応じてその度合いが異なる。このため、接合箇所の周辺の電極や部品の配置などによって熱容量の分布が不均一な場合には、同一の圧着ツールによって加熱されている接合箇所において加熱温度にばらつきが生じることが避けられない。
【０００５】
上述の先行技術では、熱圧着ヘッドにおける温度分布を平坦化することは可能であるものの、接合箇所の周辺の熱容量の分布が不均一な場合には、加熱対象である接合箇所の加熱温度を均一にすることの困難さは解消されない。さらに上述の先行技術では、ヒータや温度センサを複数備える必要があることから熱圧着ヘッドや圧着ツールをコンパクトな構造とすることが難しく、小型・高密度実装の部品を対象とする熱圧着装置に適応させることが困難である。このように、上述の先行技術を含め、従来技術においては熱圧着ヘッドなどの設備をコンパクトな構造に維持しつつ、接合箇所の加熱温度の温度分布を均一化して熱圧着不良を低減することが難しいという課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、設備をコンパクトな構造に維持しつつ、接合箇所の加熱温度の温度分布を均一化して熱圧着不良を低減することができる熱圧着装置および熱圧着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の熱圧着装置は、第１の部材に第２の部材を熱圧着にて接合する熱圧着装置であって、第２の部材を第１の部材に熱圧着する熱圧着ツールを有する熱圧着ヘッドと、前記熱圧着ツールが第２の部材を第１の部材に熱圧着しているときに第２の部材と第１の部材の接合箇所とその周辺部に温風を吹きつける温風供給部とを備えた。
【０００８】
本発明の熱圧着方法は、第１の部材に第２の部材を熱圧着にて接合する熱圧着方法であって、第２の部材と第１の部材の接合箇所とその周辺部に温風を吹きつけながら、熱圧着ツールで第２の部材を第１の部材に押圧する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、設備をコンパクトな構造に維持しつつ、接合箇所の加熱温度の温度分布を均一化して熱圧着不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態の熱圧着装置の構成を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の熱圧着装置による熱圧着の対象となる電子部品の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の熱圧着方法を示す動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して熱圧着装置１の構造を説明する。熱圧着装置１は、第１の部材としての回路基板２に第２の部材としての回路部品３を熱圧着にて接合する機能を有するものである。この熱圧着により、図２に示す電子部品４が製造される。電子部品４は、複数の部品５が予め半田接合により実装された回路基板２の縁部に、回路部品３の接続端部を半田もしくは半田を含む接合材料６を介して重ね合わせて接合箇所３ａとした構成となっている（図３参照）。
【００１２】
図１に示すように、熱圧着装置１は、基台１１の上面に基板保持部１２および部品保持部１５を第１方向に配置し、回路基板２を回路部品３に熱圧着する熱圧着ツール８およびカメラ１０を備えた熱圧着ヘッド７を基板保持部１２の上方に配設した構成となっている。ここで第１方向は、作業者が基板保持部１２や部品保持部１５に対して回路基板２や回路部品３の出し入れを行う方向であり、ここでは第１方向における作業者側（図１において右手前側）を前側と定義している。
【００１３】
熱圧着ヘッド７はヘッド駆動部７ａによって駆動され、これにより熱圧着ツール８はバックアップ部１３に下受けされたフレキシブル基板より成る回路部品３に対して昇降する。そして熱圧着ツール８が回路部品３の端部に設定された接合箇所３ａ（図２、図３参照）に当接することにより、回路部品３を回路基板２に対して加圧する。ヘッド駆動部７ａには熱圧着ツール８を加熱するための加熱機構が内蔵されており、回路基板２に回路部品３を熱圧着する際には、この加熱機構により熱圧着ツール８を介して回路部品３を加熱し、この熱が接合材料６に伝達されることにより熱圧着による接合が行われる。なお、熱圧着ヘッド７を下降させる代わりに、基板保持部１２、部品保持部１５を上昇させるような構成であってもよい。
【００１４】
熱圧着ツール８の下方には、シート保持部（図示省略）によって巻回保持されたシート９が、熱圧着ツール８の長手方向（第１方向と直交する方向）に送給可能に配置されている。シート９は、熱圧着ツール８による回路部品３の圧着時に熱圧着ツール８の圧着面と回路部品３の上面との間に介在し（図３参照）、熱圧着動作時にはみ出した接合材料６が付着することによる熱圧着ツール８の汚損を防止する。
【００１５】
熱圧着装置１における基板保持部１２は回路基板２を載置するステージであり、回路基板２において圧着の対象となる接続箇所を下面側から下受けするとともに、回路基板２の位置を保持する機能を有するものである。本実施の形態においては、基板保持部１２は、バックアップ部１３、基板支持部１４ａおよび複数の基板ガイド部１４ｂを組み合わせて構成されている。バックアップ部１３は回路基板２において回路部品３と接合される接合箇所３ａ（図３参照）に対応する接続端部を下面側から下受けするとともに、この接続端部を熱圧着のために加熱する機能を有している。部品保持部１５は、回路部品３が所定位置に載置される部品ステージ１８を、部品ステージ移動機構１６によって移動する移動ベース１７に保持させた構成となっている。
【００１６】
部品ステージ１８および基板支持部１４ａの上方には、それぞれ第１の温風ノズル２１および第２の温風ノズル２２が配置されている。第１の温風ノズル２１、第２の温風ノズル２２は、温風発生装置（図示省略）により発生した温風を、先端部に設けられた吹出口２１ａ、２２ａ（図３参照）から加熱対象部位に吹き付ける機能を有している。本実施の形態では、第１の温風ノズル２１、第２の温風ノズル２２は、基板支持部１４ａに支持された回路基板２の接続端部に部品ステージ１８に載置された回路部品３の接続端部を重ねた接合箇所３ａ(図３参照)およびその周辺部に、温風を吹き付けることができるような配設姿勢で熱圧着装置１に配置されている。
【００１７】
すなわち第１の温風ノズル２１、第２の温風ノズル２２および図示しない温風発生装置は、熱圧着装置１に設けられた温風供給部を構成する。そしてこの温風供給部は、熱圧着装置１による熱圧着動作において、熱圧着ヘッド７の熱圧着ツール８が第２の部材である回路部品３を第１の部材である回路基板２に熱圧着しているときに、この熱圧着動作と同時に回路部品３と回路基板２の接合箇所３ａとその周辺部に温風を吹きつける。本実施の形態に示す例では、第１の温風ノズル２１、第２の温風ノズル２２の２つの温風ノズルが、熱圧着ヘッド７を挟むように配置されており、接合箇所３ａを２方向から効率よく加熱することが可能となっている。
【００１８】
なお温風供給部としては、接合箇所３ａとその周辺部へ向けて温風を噴出する少なくとも１つの温風ノズルを有していればよい。このように温風供給部を備えることにより、接合箇所３ａとその周辺部は接合箇所３ａに当接した熱圧着ツール８からの接触熱伝達による加熱に加えて、第１の温風ノズル２１、第２の温風ノズル２２により吹き付けられる温風によってより均一に加熱される。
【００１９】
次に図３を参照して、上述構成の熱圧着装置１によって、第１の部材である回路基板２に第２の部材である回路部品３を熱圧着にて接合する熱圧着方法について説明する。熱圧着動作においては、図３（ａ）に示すように、バックアップ部１３によって下受けされた回路基板２の接続端部に、回路部品３の接続端部を半田またはクリーム半田や半田入り樹脂など半田を含む接合材料６を介して重ねて接合箇所３ａとする。回路基板２には予め複数の部品５が半田接合により実装された状態にある（図２参照）。このとき、接合箇所３ａの直上には熱圧着ツール８が位置しており、接合箇所３ａと熱圧着ツール８の圧着面との間にはシート９が介在している。そして熱圧着ツール８を挟んで配置された第１の温風ノズル２１、第２の温風ノズル２２は、吹出口２１ａ、２２ａを接合箇所３ａおよびその周辺部に向けた姿勢で位置している。
【００２０】
熱圧着が開始されると、図３（ｂ）に示すように、熱圧着ツール８を下降させて（矢印ａ）、回路部品３の接合箇所３ａとの間にシート９を介在させた状態で、熱圧着ツール８の圧着面によって接合箇所３ａを押圧しながら加熱する。この加熱とともに、第１の温風ノズル２１、第２の温風ノズル２２を作動させて、回路基板２と回路部品３との接合箇所３ａとその周辺部に温風を吹き付けながら（矢印ｂ）、熱圧着ツール８で回路部品３を回路基板２に対して押圧する。この温風の吹き付けにより、熱圧着ツール８の加熱面を介して伝達される熱が、回路基板２や回路部品３を介して放熱されることによる加熱ロスが生じる場合にあっても、温風の吹きつけによる周辺部全体の加熱によって接合箇所３ａの各部位における温度分布を均一にすることが可能となる。
【００２１】
すなわち回路基板２や回路部品３においては部品や回路パターンの偏在に起因して回路基板２や回路部品３の領域によって熱容量の分布が不均一となっている場合が多い。このような場合には、熱圧着ツール８の加熱面によって加熱される接合箇所３ａから熱伝導によって放熱される熱量は接合箇所３ａの部位によってばらつき、接合箇所３ａ内において温度分布の不均一を招く。このような場合にあっても、接合箇所３ａとその周辺部に温風を吹き付けることにより、接合箇所３ａを包含する周辺領域における放熱による加熱ロスを補うことができ、上述の不均一な放熱に起因する加熱温度のばらつきを防止することが可能となる。したがって、接合箇所３ａの各部位における温度分布の不均一に起因する接合不良を低減することができる。
【００２２】
このとき、第１の温風ノズル２１、第２の温風ノズル２２から吹き付けられる温風の温度は、接合材料６に用いられる半田の融点よりも高温に設定するのが好ましい。温風の温度を半田の融点よりも高温に設定する場合は、接合箇所３ａの近傍に位置する部品５と回路基板２を接合している半田を溶融させない温度に設定する必要がある。これにより、温風による加熱によって回路基板２に既に半田接合により実装された部品５の半田が溶融して回路基板２から外れる等の不具合を防止することができる。
【００２３】
上記説明したように、本実施の形態に示す熱圧着装置および熱圧着方法においては、回路基板２に回路部品３を熱圧着する熱圧着ツール８を有する熱圧着ヘッド７に加えて、熱圧着ツール８が回路部品３を回路基板２に熱圧着しているときに回路部品３と回路基板２の接合箇所３ａとその周辺部に温風を吹きつける温風供給部を備えるようにしている。
【００２４】
これにより、熱圧着ヘッドに個別に温度制御が可能な複数のヒータおよび温度センサを備え、温度センサの検出結果に基づいて複数のヒータを制御する構成の先行技術における課題、すなわち熱圧着ヘッドや圧着ツールをコンパクトな構造とすることが難しく、小型・高密度実装の部品を対象とする熱圧着装置に適応させることが困難であるという課題を解消して、設備をコンパクトな構造に維持しつつ、接合箇所の加熱温度の温度分布を均一化して熱圧着不良を低減することが可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の熱圧着装置および熱圧着方法は、設備をコンパクトな構造に維持しつつ、接合箇所の加熱温度の温度分布を均一化して熱圧着不良を低減することができるという効果を有し、リジッド基板などの第１の部材にフレキシブル基板などの第２の部材を接合する分野において有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１  熱圧着装置
２  回路基板
３  回路部品
３ａ  接合箇所
６  接合材料
７  熱圧着ヘッド
８  熱圧着ツール
２１  第１の温風ノズル
２２  第２の温風ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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