(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスヒート方式により加熱される長尺ヒータツールをワークに押圧しワークを熱圧着する熱圧着装置において、ワークの上方で昇降する昇降ブロックと、この昇降ブロックの下面に略水平に固定された絶縁材製の長尺のヒータツールホルダと、このヒータツールホルダの下面をその長手方向に縦断するように形成された長溝に下から係合する直線棒状のヒータツールと、このヒータツールの両端を保持しこのヒータツールに電流を導く左右一対の給電手段とを備え、前記ヒータツールホルダと前記ヒータツールの垂直方向の接触面中に非接触領域を均等に設けたことを特徴とする熱圧着装置。
【請求項２】
前記非接触領域は、前記ヒータツールホルダの長溝内または該長溝に係合する前記ヒータツールの上側面を櫛歯状に形成し両者間に非接触領域を均等に設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱圧着装置。
【請求項３】
ワークの上方で昇降する昇降ブロックと、この昇降ブロックの下面に略水平に固定された絶縁材製の長尺のヒータツールホルダと、このヒータツールホルダの下面をその長手方向に縦断するように形成された長溝に下から係合する直線棒状のヒータツールと、このヒータツールの両端を保持しこのヒータツールに電流を導く左右一対の給電手段とを備え、パルスヒート方式により過熱される長尺ヒータツールをワークに押圧しワークを熱圧着する熱圧着装置において使用されるヒータツールであって、前記ヒータツールホルダの長溝に係合する前記ヒーターツールの上側面を櫛歯状に形成し両者間に非接触領域を均等に設けたことを特徴とするヒータツール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は長尺のヒータツールをワークに押圧しパルスヒート方式により加熱することによりワークを熱圧着するために用いる熱圧着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子機器の小型、軽量、薄型化に伴って超高密度実装技術が進展している。例えば液晶パネル等の端子と外部回路の接続端子との接続に際しては、その接続端子の間隔はますます狭くすることが要求され、接続端子のピッチは０．２〜０．５ｍｍあるいはそれよりさらに微細なものが要求されるようになってきた。このような微細な接続端子にリード線を接続する手段の一つとして、異方性導電膜を用いる方法が知られている。
【０００３】
この異方性導電膜は、導電粒子を樹脂等の接着剤の中に均一に分散して形成されている高分子膜であり、電気的異方性を持つ。すなわちこれを突出した電極間に挟んで熱圧着することにより、導電粒子をこの膜の厚み方向にのみ接触させて導通をとり、上下の電極間の導電性を得ると共に、その他の方向には絶縁性を持たせることができるものである。
【０００４】
この異方性導電膜は比較的低温での実装が可能であるため、許容温度の低い液晶パネルとフレキシブル配線板との接続などに多用されている。このような特性を有する異方性導電膜を用いて電極間例えば端子とリード線との熱圧着を行う時、安定した電気的特性や接着強度を得るためには、所定の加圧力、所定の加熱温度が接続面に均一に加えられることが重要である。
【０００５】
このため従来より、所定温度に管理されたヒータブロックに板状の治具を載せ、この治具に液晶ディスプレイパネルと異方性導電膜とフレキシブルプリント配線板（ＦＰＷＢ）とを順に重ね、上から圧着部分の長さを持った長尺のヒータツールを圧接する熱圧着装置が用いられている。ここにヒータブロックは約１００℃に保ち、ヒータツールは所定周期でパルス状電流を流して３００〜４００℃に加熱する（パルスヒート接合方式）。そしてこのヒータツールをこの温度に所定時間（約３０秒）保持した後、このヒータツールが冷えるのを待ってヒータツールをワークから離すものである。加熱時間、加熱温度は対象ワークにより異なる。
【０００６】
ここに用いるヒータツールは電流の供給により速やかに温度が十分に上昇し、また電流を切ることによって速やかに冷えることが必要である。このためその熱容量は十分に小さく作られている。またヒータブロックと治具を予め加熱しておくのは、ヒータツールの加熱温度を過度に高くする必要をなくし、ヒータツールの耐久性を向上させるためである。
【０００７】
また配線基板の電極にはんだめっきを施しておき、この上にＩＣのリードなどを載せて上から長尺のヒータツールを押圧し、ヒータツールをパルスヒート方式により発熱させてはんだめっきを溶融（リフロー）させ、はんだ付けする方法も公知である。
【０００８】
図６はこのような熱圧着に用いる従来の熱圧着ヘッドを示す正面図である。この圧着ヘッド１００は図示しない昇降装置の下面に取付けられ、図示しないヒータブロック上に載せたワークに上方から押圧される。
【０００９】
この図６において符号１０２はステンレススチールなどの金属で作られた加圧ブロック、１０４は同じく金属製の保持ブロックであり、これらは一体に結合され、さらに昇降装置に固定されている。保持ブロック１０４は加圧ブロック１０２の下面に固定され、板状の水平な舌片を垂下させたものである。
【００１０】
この保持ブロック１０４の板状舌片の前面にはセラミックなどで作られた板状のヒータツールホルダ１０６が固定されている。すなわち保持ブロック１０４の前面に当接させたヒータツールホルダ１０６を金属製の押えブロック１０８で挟み、複数のボルト１１０によって保持ブロック１０４に固定したものである。
【００１１】
ヒータツールホルダ１０６の下部および左右両側部は保持ブロック１０４の下方および左右両側へ舌状に突出している。このヒータツールホルダ１０６の下面は水平であり、またこの下面には長手方向に連続する溝１１２が形成されている。
【００１２】
１１４はヒータツールであり、このヒータツールホルダ１０６の溝１１２に下から係入して保持される。そしてこの下面を平坦な圧着面１１４Ａとしてワークに押圧させるものである。ここにヒータツールは断面が縦長の矩形であり、モリブデン、チタン、タングステン、コバールなどの高抵抗材料で作られている。
【００１３】
ヒータツール１１４の両端はヒータツールホルダ１０６の外側へ突出し、この突出部には保持ブロック１０４から絶縁された給電ブロック１１６，１１６が固定されている。これらの給電ブロック１１６，１１６は配線コード１１８，１１８を介して電源装置（図示せず）に接続されている。この電源装置からはヒータツール１１４にパルス状の大電流が供給され、この電流によりヒータツール１１４は全体が同時に加熱される。
【００１４】
なおヒータツール１１４の適宜位置、例えば中央付近には、熱電対などの温度センサ１２０が貼着され、このセンサ１２０の検出温度が一定となるように電流が制御される。例えば圧着面１１４Ａの中央付近が３００〜４００℃程度に管理される。
【００１５】
【従来技術の問題点】通常ヒータツール１１４は、センサ１２０の検出温度が３００〜４００℃となるように管理されているが、ヒータツール１１４が長くなるとヒータツール１１４とヒータツールホルダ１０６の接触が不均一となり、ヒータツール１１４からヒータツールホルダ１０６への熱伝導による放熱が不均一となる。このためヒータツール１１４の熱圧着面１１４Ａを均等に加熱することができない。この結果熱圧着の信頼性が低下するおそれがあった。
【００１６】
【発明の目的】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、ヒータツールの熱圧着面に加わる圧力を均一に保ちつつ熱圧着面を均一な温度に加熱することができ、信頼性の高い熱圧着を行うことができる熱圧着装置を提供することを第１の目的とする。
また、熱圧着面に加わる圧力を均一に保ちつつ熱圧着面を均一な温度に加熱する安価なヒータツールを提供することを第２の目的とする。
【００１７】
【発明の構成】本発明によれば第１の目的は、パルスヒート方式により加熱される長尺ヒータツールをワークに押圧しワークを熱圧着する熱圧着装置において、ワークの上方で昇降する昇降ブロックと、この昇降ブロックの下面に略水平に固定された絶縁材製の長尺のヒータツールホルダと、このヒータツールホルダの下面をその長手方向に縦断するように形成された長溝に下から係合する直線棒状のヒータツールと、このヒータツールの両端を保持しこのヒータツールに電流を導く左右一対の給電手段とを備え、前記ヒータツールホルダと前記ヒータツールの垂直方向の接触面中に非接触領域を均等に設けたことを特徴とする熱圧着装置、により達成される。
【００１８】
ここに非接触領域は、ヒータツールホルダの長溝内または該長溝に係合するヒータツールの上側面を櫛歯状に形成し両者間に非接触領域を均等に設けることができる。
【００１９】
本発明によれば第２の目的は、ワークの上方で昇降する昇降ブロックと、この昇降ブロックの下面に略水平に固定された絶縁材製の長尺のヒータツールホルダと、このヒータツールホルダの下面をその長手方向に縦断するように形成された長溝に下から係合する直線棒状のヒータツールと、このヒータツールの両端を保持しこのヒータツールに電流を導く左右一対の給電手段とを備え、パルスヒート方式により加熱される長尺ヒータツールをワークに押圧しワークを熱圧着する熱圧着装置において使用されるヒータツールであって、前記ヒータツールホルダの長溝に係合する前記ヒータツールの上側面を櫛歯状に形成したことを特徴とするヒータツール、により達成される。
【００２０】
【実施態様】
図１は本発明の一実施態様を示す斜視図、図２はここに用いる熱圧着ヘッドの右側面図、図３は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図４はヒータツールの斜視図であり、図５は熱圧着装置の動作の流れ図である。
【００２１】
図１において符号１０はＸ−Ｙ移動テーブルであり、水平面上でＸ、Ｙ両方向に移動可能である。１２はこのテーブル１０の上に載せられたヒータブロックである。このヒータブロック１２は金属製の厚板であり、その下面にはアラミド樹脂等の断熱板１４が貼着され、この断熱板１４がテーブル１０に密着している。
【００２２】
ヒータブロック１２には左右方向に貫通する小孔（図示せず）が形成され、この小孔内に左右両側から電気ヒータ１６（一方のみ図示）が挿入されている。ヒータ１６には図示しないヒータ電源回路から電流が供給され、ヒータブロック１２を加熱し約１００℃に保持する。
【００２３】
１８は板状の治具であり、ヒータブロック１２の上面に載せられる。この治具１８はアルミニウム板などで作られ、ヒータブロック１２によって加熱されている。
【００２４】
２０は配線基板であり、ここでは液晶ディスプレイパネルを用いる。この基板２０の上面には、前後方向に長い多数の電極が横方向（電気ヒータ１６の長さ方向）に小さいピッチ（約０．２ｍｍ＝２００μｍ）間隔で並べて形成されている。
基板２０は液晶パネルに代えてフェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの硬質絶縁基板や、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等の柔軟な絶縁基板などであってもよい。
【００２５】
２２はテープ状に切られた異方性導電膜であり、基板２０の電極の上に多数の電極の並列方向に沿わせて貼着される。この異方性導電膜２２の上には、さらに被圧着物２４が載せられる。この被圧着物２４はこの場合液晶パネルの駆動用ＬＳＩやＩＣのリードであり、これらのリードが異方性導電膜２２を挟んで基板２０の対応する電極に対向する。
【００２６】
被圧着物２４はＬＳＩ、ＩＣのリードに代えて、フレキシブル配線板などの電極であってもよいのは勿論である。なお電極と異方性導電膜２２と被圧着物２４とは、ヒータ１６の長さ方向に沿ってこれらヒータ１６の上方に位置する。この実施態様では、これら基板２０、異方性導電膜２２および被圧着物２４の積層体が熱圧着の対象であるワーク２６となる。
【００２７】
３０は熱圧着ヘッドであり、ヘッド保持部３２に上下動可能に保持されている。この圧着ヘッド３０は、水平で長いブロック状の昇降ブロック３４を持ち、この昇降ブロック３４に垂直に植設した左右一対のガイドロツド３６，３６がこのヘッド保持部３２に上下動可能に保持されている。この昇降ブロック３４とヘッド保持部３２との間にはエアシリンダ３８が介在し、このエアシリンダ３８により昇降ブロック３４を昇降させることができる。
【００２８】
昇降ブロック３４は、加圧ブロック４０とその下面に固定された保持ブロック４２とで構成される。これらはステンレススチール製である。この保持ブロック４２は、その前面下部が水平に切り欠かれて断面略逆Ｌ字状に形成され、下部が板状に垂下する舌片４２Ａ（図３）となっている。
【００２９】
この板状の舌片４２Ａの前面には、セラミックなどの絶縁材で作られた板状のヒータツールホルダ４４が密着し固定されている。すなわちこのヒータツールホルダ４４は保持ブロック４２とステンレススチール製の押えブロック４６とに挟まれ、複数のボルト４７によって保持ブロック４２に固定されている。
【００３０】
ヒータツールホルダ４４の下部は舌状に下方および左右両側方へ突出し、この下縁は水平であって図３に示す溝４８が形成されている。この溝４８には断面が矩形で直線棒状のヒータツール５０が係入し保持されている。このヒータツール５０はモリブデンやチタン、タングステンあるいはコバールなどの高抵抗材料により作られ、ヒータツールホルダ４４の溝４８に係合する形状を持つ。
【００３１】
ヒータツール５０の上面には、図４に示すごとく櫛歯状に溝５１が形成されている。ヒータツール５０の下面は、平坦な圧着面５０Ａとなり、この圧着面５０Ａはワーク２６の圧着領域より長い。すなわち異方性導電膜２２の長さよりも長い。ヒータツール５０の両端はヒータツールホルダ４４の外側へ突出し、この突出部には保持ブロック４２から絶縁された給電手段５２，５２が接続されている。
【００３２】
これら給電手段５２，５２は、保持ブロック４２の端面に電気的に絶縁されて固定される電気銅製の給電ブロツク部５４と、この給電ブロック部５４の下方に一体に形成された電気銅製のシャンク部５６とからなる。
【００３３】
ここにシヤンク部５６の下端面には図２に示すごとくヒータツール５０が係入する溝６０が形成され、この溝６０の一内側壁に沿ってすり割り６２が形成されている。従ってこの溝６０にヒータツール５０を下方から係入させ、すり割り６２を横断するねじ６４を締め付けることによりシヤンク部５６をヒータツール５０に固定することができる。またこのねじ６４を緩めることによりヒータツール５０をシヤンク部５６から取外すことができる。
【００３４】
このヒータツール５０には、配線コード６６および給電ブロック５４を介して、電源装置（図示せず）からパルス状の大電流が供給され、この電流によりヒータツール５０は加熱される。なおヒータツール５０の適宜位置、例えば中央付近には熱電対などの温度センサ６８（図１）が貼着され、温度管理される。例えば圧着面５０Ａの中央付近が３００〜４００℃位に管理される。
【００３５】
この圧着装置を使用する際は、Ｘ−Ｙ移動テーブル１０上のヒータブロック１２に治具１８を載せ、ヒータブロック１２の電気ヒータ１６に通電して治具１８表面温度を約１００℃に保つ。この上にワークすなわち基板２０と異方性導電膜２２と被圧着材２４との積層体であるワーク２６を載せる。そしてテーブル１０を移動させてワーク２６の圧着部分をヒータツール５０の圧着面５０Ａの下に位置決めする（図５ステップ２００）
【００３６】
この状態である時刻ｔ１からヒータツール５０に大電流Ｉ１を供給し、ヒータツール５０を速やかに加熱し（ステップ２０２）、温度センサ６８が検出するヒータツール５０の温度Ｔが所定温度Ｔ１になるようにヒータ電流Ｉを制御する（ステップ２０４）。この時（ｔ＝ｔ２）のヒータツール温度Ｔ１は、ワークの熱圧着温度（Ｔ２）とほぼ同一とする。
【００３７】
昇降ヘッド３４を下降させて（ステップ２０６）、このように予め加熱したヒ−タツール５０をワーク２６に押圧すれば、所定の加圧力と所定の加熱温度が接続面に均一に加えられる。ヒータツール５０がワーク２６に接触するとヒータツール５０の熱がワーク２６に伝わるから、ヒータ温度Ｔは一瞬下がるが、電流ＩをＩ２に増加してヒータ温度ＴをＴ２に保つ（ステップ２０８）。この温度Ｔ２はＴ１とほぼ同一とするのが望ましい。
【００３８】
この加熱は約３０秒間続けられた後（ｔ＝ｔ３、ステップ２１０）、ヒータツール５０の通電が停止され、ワーク２６が冷え異方性導電膜２２内の樹脂の凝固温度Ｔ３以下になったとき（Ｔ≦Ｔ３、ステップ２１４）圧着ヘッド３０を上昇させ（ステップ２１６）、ヒータツール５０をワーク２６から離す。
【００３９】
そしてワーク２６を移動してワークを交換し、圧着ヘッド３０の下に新しいワークを位置決めして（ステップ２００）、以上の動作を繰り返す。
【００４０】
この発明は異方性導電膜２２を用いて熱圧着する場合だけでなく、他の熱圧着のためにも用いることができる。例えば電極に予めはんだめっきなどで所定量のはんだを供給しておき、ヒータツールで加熱することによりリフローさせるものにも適用できる。なお本実施態様では棒状のヒータツール５０の断面を長方形として説明したが、ワークによっては圧着面を逆凸状や片刃状に形成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、ヒータツールホルダと棒状のヒータツールの垂直方向の接触面中に非接触領域を均等に設けたものであるから、ヒータツールホルダとヒータツールの接触を均一にして熱伝導による放熱をヒータツール全域に亙って均一にすることができ、所定の加圧力と所定の加熱温度を圧着面に均一に加えることができる。
また、非接触領域を設けたことにより、ヒータツールの熱がヒータツールホルダに逃げにくくなり、ヒータツールの加熱電流を少なくすることができ、ヒータツールの負荷を軽減させることができる。
【００４２】
非接触領域は、ヒータツールホルダの長溝内または該長溝に係合するヒータツールの上側面を櫛歯状に形成すれば、両者間に均等に設けることができる（請求項２）。
【００４３】
ヒータツールは単なる棒状のものの一側面を櫛歯状に形成したものであるから、モリブデンやチタン、タングステンあるいはコバールなどの高抵抗材料であっても簡単に製作でき、安価となる（請求項３）。この場合、櫛歯の数はヒータツールホルダとヒータツールが完全に密着する範囲で定められればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す斜視図
【図２】ここに用いる熱圧着ヘッドの右側面図
【図３】図１におけるＡ−Ａ線断面図
【図４】ヒータツールを示す斜視図
【図５】動作流れ図
【図６】従来装置の熱圧着ヘッドを示す正面図
【符号の説明】
３０  熱圧着ヘッド
３４  昇降ブロック
４０  加圧ブロック
４２  保持ブロック
４４  ヒータツールホルダ
５０  ヒータツール
５１  溝
５２  給電手段
５４  給電ブロック部
５６  シヤンク部
６８  温度センサ
【図１】
0003754185.tif 000002
【図４】
0003754185.tif 000003
【図２】
0003754185.tif 000004
【図３】
0003754185.tif 000005
【図５】
0003754185.tif 000006
【図６】
0003754185.tif 000007