DE19653499A1 - Lotzuführverfahren, Lotzuführgerät und Lötverfahren - Google Patents

Lotzuführverfahren, Lotzuführgerät und Lötverfahren

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Jitsuho Hirota
Goro Izuta
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Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Lotzuführverfahren für einen Verbindungsabschnitt, das beim Anloten elektronischer Komponenten auf einem Leiterplattensubstrat eingesetzt wird, oder bei dem Zusammenbau elektronischer Komponenten, sowie ein Gerät hierfür und ein Lötverfahren.
Bis zum jetzigen Zeitpunkt wurde ein Kugeleinstellverfahren oder ein Lotdruckverfahren zum Zuführen von Lot zu externen Elektronen einer LSI-Packung zum Formen von Lotquellen eingesetzt (Fen Maeda, "Lotkrem-Drucktechniken und -Anwendungen zum Bilden von BGA-Lotperlen", Oberflächenmontagetechniken, Bd. 5, Nr. 5, 1995, Seiten 1-6).
Andererseits ist in der geprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei. 7-85487 ein Verfahren als Lotperlen-Bildungsverfahren unter Einsatz von Lotpaste beschrieben und vorgeschlagen.
Die Fig. 22A bis 22E zeigen Ansichten zum Darstellen eines üblichen Lotzuführverfahrens, wie es beispielsweise in der geprüften japanischen Patenanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei. 7-85487 beschrieben ist. In der Zeichnung kennzeichnet das Bezugszeichen 1 ein Übertragungselement; das Bezugszeichen 2 kennzeichnet in dem Übertragungselement 1 vorgesehene Löcher; das Bezugszeichen 3 kennzeichnet Lotpaste, die in die im Übertragungselement 1 vorgesehenen Löcher 2 einzubringen ist; und das Bezugszeichen 21 kennzeichnet ein Substrat mit Metallstellen 5.
Bei einem derartigen Lotzuführverfahren werden die in dem Übertragungselement 1 vorgesehenen Löcher 2 mit Lotpaste 3 gefüllt, wie in Fig. 22B gezeigt, und anschließend werden die Metallstellen 5 (nachfolgend als "Elektroden" bezeichnet) auf dem Substrat 21 und die Löcher 2 zueinander ausgerichtet, wie in Fig. 22C gezeigt. Anschließend wird die Lotpaste 3 zusammen mit dem Übertragungselement 1 so erhitzt, daß es hieraus unter Bildung von Kugeln 7 ausströmt, wie in Fig. 22D gezeigt.
Bei dem in der geprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei. 7-85487 beschriebenen Verfahren durchdringen, wie in Fig. 22A gezeigt, die Löcher 2 des Übertragungselements 1 nicht das Übertragungselement 1, und die Löcher 2 werden durch Bohren gebildet. Somit führt das Vorliegen einer Differenz der Tiefen zwischen den Löchern, wie anhand der Löcher 2a bezeichnet, wie in Fig. 23 gezeigt, eine derartige Differenz direkt bei der zuzuführenden Lotmenge, und dies führt bei der Bildung von Kugeln zu wechselseitig unterschiedlichen Höhen, wie anhand der Kugeln 7a bis 7e gezeigt ist.
Ferner ist aufgrund der Tatsache, daß die Löcher 2 in dem Übertragungselement 1 durch Bohren derart gebildet werden, daß sie nicht durch das Übertragungselement 1 hindurchdringen, eine längere Zeit für das Bohren zum Bilden der Löcher 2 dann erforderlich, wenn die Zahl der Kugeln zunimmt.
Wie in Fig. 24 gezeigt, ist aufgrund der Tatsache, daß sich ein Flußmittel (Colophonium) einer in der Lotpaste enthaltenen Lösungskomponente nach der Bildung von Kugeln als Flußmittelreste 8 an den Innenwänden der Löcher 2 ausbilden, eine lange Zeitdauer zum Reinigen erforderlich.
Ferner wird ein Lotmaterial mit einem hohen Schmelzpunkt bei geloteten Verbindungsabschnitten eingesetzt, die einen hohen Widerstand erfordern, beispielsweise gelotete Verbindungsabschnitte bei der Innenseite einer LSI- Packungseinheit. Bei Einsatz eines derartigen Lotmaterials mit hohem Schmelzpunkt zum Loten ist jedoch ein spezielles Element mit hohem Wärmewiderstand einzusetzen, da der Umfang an zugeführter Wärme (des thermischen Schadens) bei Randelementen beispielsweise eines LSI-Chips, eines Leiterplattensubstrats usw. groß wird.
Beispielsweise wurde, wie in der geprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei. 1-266987 offenbart, ein Lötverfahren vorgeschlagen, bei dem die Lottemperatur bei einem Verbindungsabschnitt, der einen hohen Wärmewiderstand erfordert, durch eine vorab eingesetzte Lotpaste mit zwei Arten von Metallen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten abgesenkt wird.
Wird vorab eine Lotpaste mit zwei Arten von Metallen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten eingesetzt, so schreitet jedoch, bedingt durch die Koexistenz zweier Arten von Metallen in der Paste, die gegenseitige Diffusion zwischen den Metallen selbst bei der normalen Temperatur fort, während einer Zeitdauer ausgehend von dem Zeitpunkt, in dem das Lot hergestellt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Lot eingesetzt wird. Demnach können Nachteile wie Verkleben der Metallpartikel oder dergleichen auftreten, so daß sich die Paste nicht als Lotpaste einsetzen läßt.
Bei dem zuvor genannten üblichen Lotzuführverfahren tritt aufgrund der Tatsache, daß die mit Lotpaste 3 zu füllenden Löcher 2 durch Bohren derart gebildet sind, daß sie nicht das Übertragungselement 1 durchdringen, eine Streuung bei der Tiefe der Löcher 2 auf. Demnach tritt ein Streueffekt bei der Höhe der Kugeln auf, oder es ist eine längere Zeit für das Bohren zum Bilden der Löcher 2 dann erforderlich, wenn die Zahl der Kugeln 7 zunimmt. Ferner bildet sich das Flußmittel (Colophonium) eines in der Lotpaste enthaltenen Lösungsanteils in der Form von Flußmittelresten 8 an den Innenwänden der Löcher 2 nach der Bildung der Kugeln aus.
Die vorliegenden Erfindung wurde zum Lösen der oben genannten Probleme geschaffen, und eine Aufgabe derselben besteht in der Schaffung eines Lotzuführverfahrens und eines Lotzuführgeräts, bei dem ein Maskenelement mit Durchgangslöchern eingesetzt wird, damit es möglich ist, Kugeln mit im Hinblick auf die Höhe geringerer Streuung zu bilden, die zum Reinigen nach der Bildung von Kugeln erforderliche Zeit zu verkürzen und die Zunahme der Kosten aufgrund der Zunahme der Kugeln zu vermeiden.
Bei dem zuvor genannten üblichen Lötverfahren schreitet aufgrund der Tatsache, daß eine Lotpaste mit zwei Arten von Metallen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten eingesetzt wird, die gegenseitige Diffusion zwischen den Metallen selbst bei der normalen Temperatur fort. Demnach können Nachteile wie ein Verkleben von Metallpartikeln oder dergleichen auftreten, so daß sich die Paste nicht als Lotpaste einsetzen läßt.
Die vorliegenden Erfindung wurde zum Lösen der zuvor genannten Probleme geschaffen, und eine weitere Aufgabe derselben besteht in der Schaffung eines Lötverfahrens, bei dem eine Lotpaste mit einem ersten Metall, das einen festgelegten Schmelzpunkt aufweist, eingesetzt wird, sowie eine Lotpaste mit einem zweiten Metall, das sich im Hinblick auf den Schmelzpunkt von dem ersten Metall unterscheidet, und zwar zum Bilden von Kugeln, damit es hierdurch möglich ist, die Lottemperatur bei einem einen hohen Wärmewiderstand erfordernden Verbindungsabschnitt abzusenken.
  • (1) Ein Lotzuführverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Schritte:
    Überlagern eines Maskenelements mit mehreren Durchgangslöchern entsprechend mehreren Elektroden, die bei einer elektronischen Komponente gebildet sind, auf ein Halteelement derart, daß das Halteelement die mehreren Durchgangsöffnungen abdeckt;
    Füllen der durch die mehreren Durchgangslöcher und das Halteelement gebildeten Hohlraumabschnitte mit Lotpaste;
    Anordnen der elektronischen Komponente und des Maskenelements derart, daß die mehreren Elektroden jeweils den mehreren Hohlraumabschnitte überlagert sind; und
    Erwärmen der Lotpaste zum Abscheiden der Lotpaste bei den mehreren Elektroden.
  • (2) Ein Lotzuführverfahren enthält die Schritte:
    Anordnen eines Maskenelements mit mehreren Durchgangslöchern entsprechend mehreren bei einer elektronischen Komponente gebildeten Elektroden und der elektronischen Komponente derart, daß die mehreren Elektroden jeweils den mehreren Durchgangslöchern überlagert sind;
    Füllen der durch die mehreren Durchgangslöcher und die elektronische Komponente gebildeten Hohlraumabschnitte mit Lotpaste;
    Aufstapeln eines Haltelements auf dem Maskenelement derart, daß das Halteelement die mehreren Hohlraumabschnitte abdeckt; und
    Erwärmen der Lotpaste zum Herbeiführen einer Abscheidung der Lotpaste auf den mehreren Elektroden.
  • (3) Ein Lotzuführverfahren enthält die Schritte:
    Übereinanderstapeln eines Maskenelements aus magnetischer Substanz mit mehreren Durchgangslöchern entsprechend mehrerer bei einer elektronischen Komponente gebildeten Elektroden auf einem Halteelement derart, daß das Halteelement die mehreren Durchgangslöcher abdeckt;
    Ausüben einer magnetischen Kraft auf das Halteelement ausgehend von dessen einer Seite, die zu dessen anderer Seite gegenüberliegt, an der das Maskenelement gestapelt ist, derart, daß das gestapelte Maskenelement und Halteelement fest aneinander haftet;
    Füllen der durch die mehreren Durchgangslöcher und das Halteelement gebildeten Hohlraumabschnitte mit Lotpaste;
    Anordnen der elektronischen Komponente und des Maskenelements derart, daß jeweils die mehreren Elektroden den mehreren Hohlraumabschnitten überlagert sind; und
    Erwärmen der Lotpaste zum Herbeiführen der Abscheidung der Lotpaste bei den mehreren Elektroden.
  • (4) Ein Lotzuführverfahren enthält die Schritte:
    Übereinanderstapeln eines Maskenelements aus magnetischer Substanz mit mehreren Durchgangsöffnungen entsprechend mehreren bei einer elektronischen Komponente gebildeten Elektroden auf ein Halteelement aus magnetischer Substanz derart, daß das Halteelement die mehreren Durchgangslöcher abdeckt;
    Anwenden einer magnetischen Kraft derart, daß das wechselweise übereinandergelagerte Maskenelement und das Halteelement eng aneinander haften;
    Füllen der durch die mehreren Durchgangslöcher und das Halteelement gebildeten Hohlraumabschnitte mit Lotpaste;
    Anordnen der elektronischen Komponente und des Maskenelements derart, daß jeweils die mehreren Elektroden den mehreren Hohlraumabschnitten überlagert sind; und
    Erwärmen der Lotpaste zum Herbeiführen der Abscheidung der Lotpaste bei den mehreren Elektroden.
  • (5) Ein Lotzuführgerät gemäß der vorliegenden Erfindung enthält:
    ein Maskenelement mit mehreren Durchgangslöchern entsprechend mehreren Elektroden, die bei einer elektronischen Komponente gebildet sind;
    ein Halteelement, das dem Maskenelement so überlagert ist, daß es die mehreren Durchgangslöcher abdeckt;
    eine Vorrichtung zum Zuführen von Lotpaste, die durch die mehreren Durchgangslöcher und die elektronische Komponente oder das Halteelement gebildeten Hohlraumabschnitte;
    eine Vorrichtung zum Anordnen des Maskenelements und der elektronischen Komponente derart, daß die mehreren Elektroden jeweils den mehreren Hohlraumabschnitten oder den mehreren Durchgangslöcher überlagert sind; und
    eine Heizvorrichtung zum Erwärmen der Lotpaste derart, daß sich die Lotpaste an den mehreren Elektroden abscheidet.
  • (6) Bei der obigen Einheit (5) ist das Halteelement aus Keramik gebildet.
  • (7) Bei der obigen Einheit (5) ist das Halteelement ein Element mit Permeabilität für Wärmestrahlen.
  • (8) Bei der obigen Einheit (7) ist die Lotpaste- Heizvorrichtung durch einen Heizstrahlradiator gebildet.
  • (9) Kennzeichnend für die obige Einheit (5) ist, daß das Halteelement als wärmebeständiges bogenförmiges Element ausgebildet ist, und die Vorrichtung zum Zuführen von Lotpaste als Vorrichtung zum Heften des bogenförmigen Elements an dem Maskenelement ausgebildet ist, sowie zum Füllen der durch die mehreren Durchgangslöcher des Maskenelements und dem Halteelement gebildeten Hohlräume mit Lotpaste.
  • (10) Kennzeichnend für die obige Einheit (5) ist, daß das Maskenelement als Element aus magnetischer Substanz gebildet ist, derart, daß das Gerät enthält: eine Vorrichtung zum Ausüben einer magnetischen Kraft auf das Maskenelement ausgehend von einer Seite des Halteelements, die gegenüber der anderen Seite hiervon liegt, bei der das Maskenelement überlagert angeordnet ist, damit hierdurch ein festes wechselweises Aneinanderhaften des Maskenelements und des Halteelements bewirkt wird, oder daß sowohl das Maskenelement als auch das Halteelement mit einem Element aus einer magnetischen Substanz so versehen ist, daß das Gerät enthält: eine Vorrichtung zum Ausüben einer magnetischen Kraft auf das Maskenelement und das Halteelement, die einander überlagert sind, damit das Maskenelement und das Halteelement wechselweise fest aneinander haften.
  • (11) Kennzeichnend für die Einheit (10) ist, daß die Vorrichtung zum Ausüben einer magnetischen Kraft dahingehend, daß das Maskenelement und das Halteelement wechselweise fest aneinander haften, so entworfen ist, daß es die magnetische Kraft unter Einsatz eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten ausübt.
  • (12) Kennzeichnend für die obige Einheit (10) oder (11) ist, daß eine Vorrichtung zum Pressen des Maskenelements und des Halteelements durch Einsatz eines Preßelements vorgesehen ist, um hierdurch einen festen Haftzustand aufrecht zu erhalten.
  • (13) Kennzeichnend für jede der Einheiten (5) bis (12) ist, daß es ferner ein wärmebeständiges Element enthält, das zwischen dem Maskenelement und dem Halteelement so angeordnet ist, daß es eine Lücke zwischen dem Maskenelement und dem Halteelement ausfüllt, vorgesehen ist.
  • (14) Kennzeichnend für jede der obigen Einheiten (5) bis (13) ist, daß das Maskenelement und das Halteelement jeweils aus sich voneinander unterscheidenden Rohmaterialien gebildet sind.
  • (15) Für jede der obigen Einheiten (5) bis (8) und (10) bis (13) ist kennzeichnend, daß das Halteelement als Element mit einem Öffnungsabschnitt zum Aufnehmen des Maskenelements ausgebildet ist, und die Vorrichtung zum Zuführen der Lotpaste als Vorrichtung zum Evakuieren des Öffnungsabschnitts ausgebildet ist, damit das Maskenelement und das Halteelement fest aneinander haften, so daß Lotpaste in die zwischen den mehreren Durchgangslöchern des Maskenelements und des Halteelements gebildeten Hohlraumabschnitte zugeführt wird.
  • (16) Für jede der obigen Einheiten (5) bis (8) und (10) bis (15) ist kennzeichnend, daß das Halteelement als Element mit vorstehenden Abschnitten ausgebildet ist, die an Positionen entsprechend den mehreren Durchgangslöchern des Maskenelements so gebildet sind, daß kein Abstand in den durch die vorstehenden Abschnitte und die Durchgangslöcher gebildeten Hohlraumabschnitten dann gebildet wird, wenn das Maskenelement und das Halteelement einander überlagert sind.
  • (17) Für jede der obigen Einheiten (5) bis (8) und (10) bis (16) ist kennzeichnend, daß das Halteelement als ein Element mit einem im Hinblick auf die Ebene abgesenkten Abschnitt ausgebildet ist, entsprechend einem Endabschnitt des Maskenelements derart, daß der Endabschnitt des Maskenelements nicht an dem Halteelement dann anliegt, wenn das Maskenelement und das Halteelement einander überlagert sind.
  • (18) Für jede der obigen Einheiten (5) bis (8) und (10) bis (16) ist kennzeichnend, daß das Halteelement als ein Element mit einem Vertiefungsabschnitt ausgebildet ist, damit es in Kontakt mit dem Maskenelement so gelangt, daß keine Verschiebung zwischen den Maskenelement und dem Halteelement dann erzeugt wird, wenn das Maskenelement und das Halteelement einander überlagert sind.
  • (19) Ein Lötverfahren enthält die Schritte:
    Erwärmen einer ein erstes Metall enthaltenden Lotpaste, damit die Lotpaste auf Elektroden einer ersten elektronischen Komponente zum Bilden von Kugelbasen abgeschieden wird;
    Erwärmen einer Lotpaste, die ein zweites Metall enthält, das sich von dem ersten Metall im Hinblick auf den Schmelzpunkt unterscheidet, damit die an zweiter Stelle erwähnte Lotpaste auf den Kugelbasen an den Elektroden der ersten elektronischen Komponente zum Bilden von Lotkugeln abgeschieden wird;
    wechselseitiges Überlagern der ersten elektronischen Komponente und einer zweiten elektronischen Komponente derart, daß zugeordnete Elektroden der ersten und zweiten elektronischen Komponente einander entsprechen; und
    Erwärmen der Lotkugeln zum Herbeiführen einer Abscheidung der Lotkugeln auf den Elektroden der zweiten elektronischen Komponente.
  • (20) Für das obige Verfahren nach (19) ist kennzeichnend, daß der Schritt zum Erwärmen der Lotkugeln zum Herbeiführen der Abscheidung der Lotkugeln an den Elektroden der zweiten elektronischen Komponente folgende Schritte enthält:
    Einen Schritt zum Erwärmen der Lotkugeln auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des ersten Metalls und dem Schmelzpunkt des zweiten Metalls, und anschließend
    Erwärmen der Lotkugeln auf eine Temperatur, die höher als die Schmelzpunkte des ersten und zweiten Metalls ist, derart, daß die Elektroden der ersten elektronischen Komponente mit den Elektroden der zweiten elektronischen Komponente verbunden werden.
  • (21) Kennzeichnend für das obige Verfahren nach (19) oder (20) ist, daß der Schritt zum Bilden der Lotkugeln den folgenden Schritt enthält: Erwärmen der Lotpaste mit dem zweiten Metall, dessen Schmelzpunkt höher als derjenige des ersten Metalls ist, zum Herbeiführen einer Abscheidung der Lotpaste mit dem zweiten Metall auf die Kugelbasen an den Elektroden der ersten elektronischen Komponente.
  • (22) Kennzeichnend für das obige Verfahren nach (19) oder (20) ist, daß der Schritt zum Bilden der Lotkugeln folgenden Schritt enthält: Erwärmen der Lotpaste mit dem zweiten Metall, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metall aufweist, derart, daß das Abscheiden der Lotpaste mit dem zweiten Metall auf den Kugelbasen an den Elektroden der ersten elektronischen Komponente herbeigeführt wird.
  • (23) Ein Verfahren für eine gelotete Verbindung enthält die Schritte:
    Erwärmen von Lotpaste mit einem ersten Metall zum Herbeiführen der Abscheidung der Lotpaste auf Elektroden einer ersten elektronischen Komponente, um hierdurch erste Kugeln zu bilden;
    Erwärmen einer Lotpaste mit einem zweiten Metall, das sich im Hinblick auf den Schmelzpunkt von dem ersten Metall unterscheidet, um hierdurch das Abscheiden der Lotpaste mit dem zweiten Metall auf den Elektroden einer zweiten elektronischen Komponente herbeizuführen, damit zweite Kugeln gebildet werden;
    wechselseitiges Überlagern der ersten und zweiten elektronischen Komponente derart, daß zugeordnete Elektroden der ersten und zweiten elektronischen Komponente einander entsprechen; und
    Erwärmen einer oder beider der ersten und zweiten Kugeln derart, daß die Elektroden der ersten elektronischen Komponente und der Elektroden der zweiten elektronischen Komponente miteinander verbunden werden.
  • (24) Kennzeichnend für das obige Verfahren (23) ist, daß der Schritt zum Verbinden er Elektroden der ersten elektronischen Komponente und der Elektroden der zweiten elektronischen Komponente mit einander einen Schritt zum Erwärmen entweder der ersten oder sowohl der ersten und zweiten Kugeln bei einer Temperatur zwischen einem Schmelzpunkt des ersten Metalls und einem Schmelzpunkt des zweiten Metalls enthält, sowie das anschließende Erwärmen der Kugeln bei einer Temperatur, die höher als beide Schmelzpunkte des ersten und zweiten Metalls sind, derart, daß die Elektroden der ersten elektronischen Komponente und die Elektroden der zweiten elektronischen Komponente miteinander verbunden werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben; es zeigen:
Fig. 1A bis 1E Ansichten zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 eine Ansicht zum Darstellen einer Wirkung im Hinblick auf die Reinigungseigenschaft entsprechend der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3A bis 3E Ansichten zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Ansicht zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Ansicht zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6A und 6B Ansichten zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7A bis 7C Ansichten zum Darstellen eines Lötverfahrens gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8A bis 8D Ansichten zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9A bis 9C Ansichten zum Darstellen eines Lötverfahrens gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10A bis 10C Ansichten zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 eine Ansicht zum Darstellen eines Verbindungsabschnitts nach dem Loten gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12A und 12B Ansichten zum Darstellen eines Lötverfahrens gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 eine Ansicht zum Darstellen eines Lötverfahrens gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14A bis 14E Ansichten zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15A bis 15D Ansichten zum Darstellen eines Lotzuführverfahren gemäß der Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 eine Ansicht zum Darstellen des Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 eine Ansicht zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 10 gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18A und 18B Ansichten zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 eine Ansicht zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 20 eine Ansicht zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 13 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 21 eine Ansicht zum Darstellen eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 14 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 22A bis 22D Ansichten zum Darstellen eines üblichen Kugel-Bildungsverfahren;
Fig. 23 eine Ansicht zum Darstellen eines üblichen Kugel- Bildungsverfahrens;
Fig. 24 eine Ansicht zum Darstellen eines üblichen Kugel- Bildungsverfahrens.
(Beispiel 1)
Die Fig. 1A bis 1E zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 1.
Das Maskenelement 11 besteht aus einer 50 mm × 50 mm × 0,15 mm SUS-Platte mit 1024 Durchgangslöchern 9 mit einem Durchmesser von 0,4 mm (0,5 mm Abstand, 32 × 32 Matrix), die in dem Mittenabschnitt durch Ätzen gebildet sind. Das Halteelement 12 ist eine 50 mm × 50 mm × 3 mm SUS-Platte. Ferner ist das LSI-Chip 6 ein Dummychip mit Aluminiumverdrahtung, das auf einem 16 mm × 16 mm × 0,4 mm Siliziumwafer gebildet ist. An einer Oberfläche des LSI-Chips sind 1024 Elektroden 5 mit Titan-Wolfram, Nickel und Gold oberflächenbehandelt.
Wie in Fig. 1A gezeigt, sind das Maskenelement 11 und das Halteelement 12 zueinander überlagert und aneinander befestigt, wie in Fig. 1B gezeigt, und Hohlraumabschnitte 10 einer mit Lotpaste 3 (63GK-110GP-L, 63Sn-37Pb vom eutektischen Typ, Schmelzpunkt 183°C, hergestellt von Nihon Genma) unter Einsatz eines Rakels gefüllt. Anschließend werden, wie in Fig. 1D gezeigt, die Elektroden 5 des LSI- Chips 6 und die Hohlraumabschnitte 10 zueinander ausgerichtet und durch Einsatz einer auf 240°C erwärmten heißen Platte erwärmt, so daß die Lotpaste 3 erwärmt/geschmolzen wird, damit die Elektroden 5 mit Lot benetzt werden, um hierdurch Kugeln 7 zu bilden, wie in Fig. 1E gezeigt.
Obgleich die Dicke des in dieser Ausführungsform eingesetzten Maskenelements 0,15 mm beträgt, läßt sich ein Fehler bei der Bildung der Kugeln dadurch vermeiden, daß die Höhe der Lotpaste 3 beim Entwurf größer festgelegt wird als die Maskendicke, und zwar in dem Fall, in dem die aufgebrachte Lotpaste 3 geschmolzen und eine Kugel geformt wird.
Ferner läßt sich ein Vorstehen der Lotpaste 3 im Zeitpunkt des Aufbringens durch Einführen oder Anheften eines bogenförmigen Elements vermeiden, beispielsweise eines Polyimidbands, usw., mit Wärmebeständigkeit und Elastizität, eines Haftmittels, oder dergleichen, und zwar zwischen dem Maskenelement 11 und dem Halteelement 12.
Obgleich diese Ausführungsform den Fall zeigt, in dem das SUS-Maskenelement 11 und das SUS-Halteelement 12 eingesetzt werden, ist die Erfindung nicht hierauf begrenzt, und jedes Material wie Aluminium oder dergleichen, das nur schwer mit Lot benetzt, ist geeignet.
Obgleich diese Ausführungsform den Fall zeigt, bei dem Durchgangslöcher 9 durch Ätzen gebildet werden, ist jedes andere Verfahren wie Bohren, Funkenerosion, Laserablation oder dergleichen geeignet.
Obgleich diese Ausführungsform den Fall zeigt, bei dem das Maskenelement 11 durch Ausbildung von Durchgangslöchern 9 in einem Blattmaterial gebildet ist, kann das Maskenelement 11 durch Laminierung unter Einsatz von Metallisierung in derselben Weise hergestellt werden, wie eine beim Lotdrucken eingesetzte additive Maske.
Ferner kann im Hinblick auf das Heizverfahren unter Einsatz einer derartigen heißen Platte auch hochpräzises Lot durch Erwärmung unter Einsatz eines Aufschmelzofens zugeführt werden.
Die Fig. 2 zeigt die Ergebnisse eines Vergleichsexperiments, bei dem die Reinigungseigenschaft des bei dieser Ausführungsform eingesetzten Maskenelements 11 mit der Reinigungseigenschaft des bei dem Verfahren gemäß der geprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei. 7-85487 in Fig. 14 verglichen wird.
Das hier vorbereitete Übertragungselement 1 weist 1024 Hohlräume mit einem Durchmesser von 0,4 mm und einer Tiefe von 0,15 mm auf (tatsächlich gemessener Wert: 0,14 mm ± 0,01 mm), die durch Bohren einer 50 mm × 50 mm × 3 mm SUS-Platte gebildet sind.
In dem Fall, in dem das Maskenelement 11 und das Übertragungselement 1 in auf 40°C erwärmtes Aceton emergiert werden und nach dem Bilden der Kugeln 7 mit den zugeordneten Verfahren mit Ultraschall gereinigt werden, sind die Reinigungszeit und die Menge des Restflußmittels (von denen jede Größe einen Relativwert unter der Annahme darstellt, daß der Wert unmittelbar nach der Kugelbildung bei dem Übertragungselement 100 beträgt) verglichen.
Gemäß diesem Vergleichsergebnis beträgt die Menge des Restflußmittels unmittelbar nach der Kugelbildung gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform lediglich 20% im Vergleich zu derjenigen bei dem Verfahren nach der geprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei. 7-85487, so daß sich die zum Erhalten eines wiedereinsetzbaren Zustands erforderliche Reinigungszeit verkürzen läßt.
Der Grund hierfür wird darin gesehen, daß die Flußmittelreste dazu neigen, sich in der Nähe der Unterseiten der Hohlräume des Übertragungselements 1 abzutragen, wohingehend sich Flußmittelreste kaum in der Nähe der Durchgangslöcher ablagern, und ein Reinigungsmittel verteilt sich in ausreichendem Umfang in den Durchgangslöchern im Zeitpunkt der Reinigung.
Ferner ergeben sich bei Messung der derartig gebildeten Kugeln der Mittelwert und die Standardabweichung im Fall des Verfahrens gemäß der geprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei. 7-85487 jeweils zu 223 µm und 9,2 µm. Im Gegensatz hierzu wurde festgestellt, daß die dem Verfahren dieser Ausführungsform der Mittelwert und die Standardabweichung jeweils 231 µm und 7,2 µm betragen und daß die Höhen der Kugeln sich mit hoher Präzision kontrollieren lassen.
Obgleich für dies Ausführungsform der Fall vorliegt, daß das SUS-Maskenelement, so wie es ist, eingesetzt wird, kann die Oberfläche des Maskenelements mit Fluorharz einer Dicke von 10 µm beschichtet werden, so daß sich ein Benetzen des Maskenelement mit Lot vermeiden und sich die Reinigungszeit verkürzen läßt.
Ferner kann im Fall eines Aluminium-Maskenelements dessen Oberfläche unter Bildung von Alumit (Engl.: alumite) behandelt werden, so daß sich die Reinigungsfähigkeit und Beständigkeit verbessern läßt.
(Ausführungsform 2)
Die Fig. 3 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 2.
Wie in Fig. 3A gezeigt, sind Durchgangslöcher 9 eines Maskenelement 11 zu Elektroden 5 aus einem LSI-Chip ausgerichtet, und wie in Fig. 3B gezeigt, mit Lotpaste 3 unter Einsatz eines Rakels 4 aufgebracht. Ferner wird, wie in Fig. 3C gezeigt, ein Halteelement 12 dem Maskenelement 11 überlagert, und die Laminierung wird durch Einsatz einer zu 240°C erwärmten heißen Platte erwärmt, so daß die Lotpaste 3 erwärmt/geschmolzen wird, damit die Elektroden 5 bei dem LSI- Chip 6 benetzt und hierdurch Kugeln 7 gebildet werden, wie in Fig. 3D gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform wird, wie in Fig. 3A gezeigt, bei der Stufe, bei der das Maskenelement 11 mit dem LSI-Chip 6 ausgerichtet wird, nichts in die Durchgangslöcher 9 eingebracht. Demnach ergibt sich ein Vorteil dahingehend, daß sich das Ausrichten im Vergleich zur Ausführungsform 1 einfach durchführen läßt.
(Ausführungsform 3)
Fig. 4 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 3. Das bei dieser Ausführungsform eingesetzte Halteelement 13 (50 mm × 50 mm × 2 mm) ist aus Keramik gebildet.
Keramik weist eine exzellente Wärmebeständigkeit auf, und biegt sich bei Erwärmung kaum, und es weist eine korrosionsbeständige Eigenschaft auf. Da es jedoch nahezu unmöglich ist, ein Bohren oder ein Bohren mit Ätzen durchzuführen, ist es schwierig, Keramik für das Maskenelement 11 oder für das Übertragungselement 1 in Fig. 14 einzusetzen.
Demnach läßt sich ein Material, dessen Einsatz üblicherweise schwierig war, dadurch einsetzen, daß das dem Bohren zu unterziehende Maskenelement 11 getrennt von dem Halteelement 13 ohne Erfordernis eines Bohrvorgangs ausgebildet ist, wie in Fig. 4 gezeigt.
Ferner läßt sich, wie in Fig. 5 gezeigt, ein keramisches Halteelement 13, das durch Bilden des Halteelement 12 aus Keramik erhalten wird, auch bei dem Lotzuführverfahren gemäß der Ausführungsform 2 einsetzen.
(Ausführungsform 4)
Fig. 6 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahren gemäß der Ausführungsform 4.
Das in dieser Ausführungsform eingesetzte Halteelement 14 (50 mm × 50 mm × 2 mm) ist aus Glas gebildet. Das Halteelement 14 aus Glas wird als Substitut für das Halteelement 12 aus SUS- Material, Aluminium oder dergleichen eingesetzt, im Rahmen desselben Prozesses wie in der Ausführungsform 2.
Bei dieser Ausführungsform wird ein YAG-Laser 15 als Heizvorrichtung eingesetzt. Der YAG-Laser 15 wird auf einen im Vergleich zum Durchmesser von 0,4 mm der Hohlraumabschnitte 10 des Maskenelement 11 um 0,1 mm verkleinertem Durchmesser fokussiert, so daß sich die den sich von der Lotpaste unterscheidenden Abschnitten zugeführte Wärme erheblich reduzieren läßt. Demnach ergibt sich eine Wirkung dahingehend, daß das Biegen des Maskenelement 11 oder dergleichen unterdrückt wird und daß sich jeder Fehler bei der Bildung der Kugeln reduzieren läßt.
Bei Messung der Temperatur an der Rückoberfläche der Maske steigt die Temperatur auf lediglich 100°C im Zeitpunkt der Laserbestrahlung. Ferner ergibt sich kaum eine Biegung des Maskenelements 11, da die Erwärmung lokal erfolgt.
Selbst in dem Fall, in dem hochschmelzendes Lot (Schmelzpunkt: 314°C) wie 95Pb-5Sn zugeführt wird, beträgt die Temperatur auf der Rückoberfläche der Maske ungefähr 120°C, und demnach läßt sich ein derartiges hochschmelzendes Lot selbst einem Glas-Epoxid-Leiterplattensubstrat zuführen, das allgemein bei einer Temperatur von nicht weniger als 250°C nicht eingesetzt werden kann.
Obgleich diese Ausführungsform den Fall betrifft, in dem die Hohlraumabschnitte 10 einer Laserbestrahlung nacheinander einzeln unterzogen werden, ergibt sich kein Biegen in dem Maskenelement 11 in dem Umfang, daß ein Problem auftritt, selbst in dem Fall, in dem die Hohlraumabschnitte fortlaufend abgetastet werden, während der Laser emittiert.
Dies trägt zu der Tatsache bei, daß die Temperatur des Maskenelements 11 nicht in einem solchen Umfang ansteigt, daß ein Problem auftritt, da die Lotpaste 3 durch eine Gruppe kleiner Metallkugeln gebildet wird, und der tatsächliche Laserabsorptionsfaktor hiervon wird aufgrund der gestreuten Reflexion des auf die Lotpaste 3 aufgestrahlten Lasers erhöht, so daß sich die Temperatur der Lotpaste 3 einfach im Vergleich zu dem aus einem glatten Metall hergestellten Maskenelement 11 erhöht.
(Ausführungsform 5)
Die Fig. 7 zeigt eine konzeptionelle Ansicht des Lötverfahrens gemäß der Ausführungsform 5.
In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 16 ein hochschmelzendes Lot an einer Metallzusammensetzung von 95Pb-5Sn (Schmelzpunkt: 314°C); zudem kennzeichnet 17 ein niedrigschmelzendes Lot aus einer Metallverbindung gemäß 70In-30Pb (Schmelzpunkt: 174°C).
Wie in Fig. 7A gezeigt, wird niedrigschmelzendes Lot 17 mit dispergierten feinen metallischen Partikeln (Partikelgröße: 25 bis 40 µm) aus hochschmelzendem Lot 16 den Elektroden 5 eines LSI-Chips 6 zugeführt, so daß Kugeln 7 als Ganzes gebildet werden. Wie in Fig. 7B gezeigt, werden die auf einem Leiterplattensubstrat 19 entsprechenden Elektroden 5 des LSI- Chips 6 gebildeten Elektroden 18 so ausgerichtet, daß sie den Elektroden 5 bei dem LSI-Chip 6 entsprechen, und es wird ein Loten durch Einsatz einer heißen Platte bei 220°C durchgeführt. Wie in Fig. 7C gezeigt, werden gelötete Verbindungsabschnitte 20 mit einer einheitlichen Zusammensetzung mit dispergiertem hochschmelzendem Lot 16 und niedrigschmelzendem Lot 17 gebildet.
Bei dieser Ausführungsform ist aufgrund der Tatsache, daß das Mengenverhältnis des hochschmelzenden Lots 16 zu dem niedrigschmelzenden Lot 17 zu 1 : 1 bestimmt ist, die Metallverbindung der geloteten Verbindungsabschnitte 20 62,5Pb-35In-2,5Sn, und sie weist einen Schmelzpunkt von 270°C bis 280°C auf.
Ferner ist die Kombination des hochschmelzenden Lots 16 und niedrigschmelzenden Lots 17 nicht auf diese spezifische Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise eignet sich Sn-Pb- Lot oder dergleichen ebenfalls.
Ferner läßt sich in dem Fall, in dem die Verbindungsabschnitte 20 durch Loten zu bilden sind, die Erwärmung bei einer Temperatur, die höher als der Schmelzpunkt des niedrigschmelzenden Lots 17 zum wechselseitigen Fixieren der Elektroden 5 des LSI-Chips 6 und der Elektroden 18 auf dem Leiterplattensubstrat 19 durchführen, und anschließend kann eine Erwärmung auf eine Temperatur durchgeführt werden, die höher als der Schmelzpunkt des hochschmelzenden Lots 16 ist, so daß sich die geloteten Verbindungsabschnitte 20 bilden lassen.
Die Fig. 8 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer in Fig. 5 eingesetzten Kugeln-Herstellungsprozedur.
Zunächst wird, wie in Fig. 8A gezeigt, eine Lotpaste 23 aus niedrigschmelzendem Metall 17 in die Hohlraumabschnitte 10 eingeführt, in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 2 (oder Ausführungsform 1), und zwar durch Einsatz eines Maskenelements 11 mit einer Dicke von 75 µm, und ein LSI-Chip 6 ist so positioniert, daß die Elektroden 5 an dem LSI-Chip 6 den Hohlraumabschnitten 10 entsprechen, und es wird ein Erwärmen unter Einsatz einer heißen Platte bei 220°C so durchgeführt, daß Kugelbasen 22 aus niedrigschmelzendem Metall 17 gebildet werden, wie in Fig. 8B gezeigt.
Anschließend wird, wie in Fig. 8C gezeigt, Lotpaste 24 aus hochschmelzendem Metall 16 in die Hohlraumabschnitte 10 eingeführt, und zwar durch Einsatz des 75 µm dicken Maskenelement 11. Der mit den Kugelbasen 22 aus niedrigschmelzendem Metall 17 ausgebildete LSI-Chip wird positioniert, und es wird eine Erwärmung durch Einsatz der heißen Platte bei 220°C durchgeführt, um Partikel des hochschmelzenden Metalls 16 in die Kugelbasen 22 zu überführen, so daß Kugeln 7, wie in Fig. 8D gezeigt, gebildet werden.
Obgleich der vorgeschaltete Einsatz von Lotpaste von zwei Arten von Metallen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten in der nicht geprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei. 1-266987 vorgeschlagen wurde, führt die Koexistenz der beiden Metalle in der Paste zu einem Fortschreiten der gegenseitigen Diffusion zwischen den Metallen selbst bei einer normalen Temperatur während einer Zeitdauer ausgehend von dem Zeitpunkt, in dem die Paste hergestellt wird, bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Paste eingesetzt wird, so daß es unmöglich ist, die Paste als Lotpaste einzusetzen, und zwar aufgrund des Auftretens von Nachteilen wie dem Verkleben von Metallpartikeln oder dergleichen.
Ferner besteht in dem Fall, in dem die jeweiligen Metallpartikel unzureichend gemischt sind, eine Möglichkeit dahingehend, daß der Anteil der jeweiligen Metallpartikel entsprechend den zu füllenden Hohlraumabschnitten 10 variiert, so daß sich ein gewünschter Schmelzpunkt nicht erhalten läßt.
Ferner läßt sich der Mengenanteil des niedrig schmelzenden Metalls 17 und des hochschmelzenden Metalls 16 frei durch Bildung der Kugeln 7 in der bei dieser Ausführungsform gezeigten Art verändern, so daß sich gelotete Verbindungsabschnitte 20 mit einem gewünschten Schmelzpunkt bilden lassen.
(Ausführungsform 6)
Die Fig. 9A bis 9C zeigen eine konzeptionelle Ansicht eines Lötverfahrens gemäß der Ausführungsform 6.
In der Zeichnung kennzeichnet das Bezugszeichen 16 ein hochschmelzendes Lot einer Metallverbindung gemäß 95Pb-5Sn (Schmelzpunkt: 314°C); und das Bezugszeichen 17 kennzeichnet ein niedrig schmelzendes Lot einer Metallverbindung gemäß 70In-30Pb (Schmelzpunkt: 174°C).
Wie in Fig. 9A gezeigt, werden Kugeln 7 jeweils mit einer solchen Struktur bei Elektroden 5 eines LSI-Chips 6 gebildet, daß die Außenseite eines hochschmelzenden Lots 16 von einem niedrig schmelzenden Lot 17 umgeben ist. Wie in Fig. 9B gezeigt, werden die auf einem Leiterplattensubstrat 19 entsprechenden Elektroden 5 bei dem LSI-Chip 6 ausgebildeten Elektroden 18 so ausgerichtet, daß sie den Elektroden 5 bei dem LSI-Chip 6 entsprechen, und es wird ein Loten durch Einsatz einer heißen Platte bei 220°C durchgeführt. Wie in Fig. 9C gezeigt, werden gelotete Verbindungsabschnitte 20 mit einer einheitlichen Verbindung mit dispergiertem hochschmelzendem Lot 16 und niedrig schmelzendem Lot 7 gebildet.
Es wird allgemein davon ausgegangen, daß die Wirkung des Abbaus von Spannungen aufgrund der linearen Differenz bei dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem LSI-Chip und dem Leiterplattensubstrat mit Zunahme der Höhe der geloteten Verbindungsabschnitte zunimmt.
Bei dieser Ausführungsform spielt aufgrund der Tatsache, daß das hochschmelzende Metall 16 nicht im Zeitpunkt des Lotens geschmolzen wird, das hochschmelzende Metall 16 eine Rolle zum Begrenzen der Höhe der geloteten Verbindungsabschnitte 20.
Ferner läßt sich in dem Fall, in dem die Verbindungsabschnitte 20 durch Loten zu bilden sind, eine Erwärmung bei einer Temperatur, die höher als der Schmelzpunkt des niedrig schmelzenden Lots 17 ist, durchführen, damit die Elektroden 5 an dem LSI-Chip 6 und die Elektroden 18 auf dem Leiterplattensubstrat 19 miteinander fixiert werden und damit anschließend eine Erwärmung bei einer Temperatur durchgeführt werden kann, die höher als der Schmelzpunkt des hochschmelzenden Lots 16 ist, so daß sich die geloteten Verbindungsabschnitte 20 bilden lassen.
Die Fig. 10 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer bei der Ausführungsform 6 eingesetzten Kugeln-Herstellungsprozedur.
Zunächst wird, wie in Fig. 10A gezeigt, Lotpaste 24 aus hochschmelzendem Metall 16 in die Hohlraumabschnitte 10 unter Einsatz eines Maskenelements 11 mit einer Dicke von 75 µm in derselben Weise wie bei der Ausführungsform 2 (oder Ausführungsform 1) eingeführt, und ein LSI-Chip 6 wird so positioniert, daß die Elektroden 5 bei dem LST-Chip 6 den Hohlraumabschnitten 10 entsprechen und es wird ein Erwärmen durch Einsatz einer heißen Platte bei 360°C durchgeführt, so daß die Kugelnbasen 22 aus hochschmelzendem Metall 16 gebildet werden, wie in Fig. 10B gezeigt.
Anschließend wird, wie in Fig. 10C gezeigt, Lotpaste 23 aus niedrig schmelzendem Metall 17 in die Hohlraumabschnitte 10 durch Einsatz des 75 µm dicken Maskenelement 11 eingebracht. Der mit den Kugelnbasen 22 aus hochschmelzendem Metall 16 ausgebildete LSI-Chip 6 wird positioniert, und es wird ein Erwärmen durch Einsatz der heißen Platte bei 220°C durchgeführt, damit das hochschmelzende Metall 16 mit dem niedrigschmelzenden Metall 17 abgedeckt wird, so daß die Kugeln 7 gebildet werden, wie in Fig. 10D gezeigt.
Die Fig. 11 zeigt eine Ansicht zum Darstellen eines Verbindungsabschnitts nach dem Loten gemäß der Ausführungsform 6.
Es läßt sich eine dünne Schicht aus niedrig schmelzendem Metall 17 an der unteren Seite des Verbindungsabschnitts beobachten. Ferner ist diese Schicht so ausgebildet, daß sie allmählich durch fortlaufendes Erwärmen bei 220°C verschwindet, so daß der Schmelzpunkt des gesamten Verbindungsabschnitts eine Temperatur von nicht weniger als auf 270°C ansteigt.
Fig. 12 zeigt eine konzeptionelle Ansicht einer Halbleitereinrichtungs-Herstellungsprozedur durch Einsatz des Lötverfahrens gemäß der Ausführungsform 6.
Wie in Fig. 12A gezeigt, werden LSI-Verbindungselektroden 181 entsprechend den Elektroden 65 eines LSI-Chips 6 und externen Elektroden 182 auf einem Leiterplattensubstrat 19 gebildet. Niedrig schmelzendes Metall 17 wird in jeweiligen Elektroden 181 und 182 durch das Verfahren gemäß Ausführungsform 2 (oder Ausführungsform 1) zugeführt.
Wie in Fig. 12B gezeigt, wird der LSI-Chip 6 nach Zuführung der hochschmelzenden Metalls 16 mit dem Verfahren nach Ausführungsform 2 (oder Ausführungsform 1) positioniert und es wird ein Loten durch Einsatz einer heißen Platte bei 220°C durchgeführt.
Das den externen Elektroden 182 zugeführte niedrig schmelzende Metall 17 läßt sich als ein Verbindungsmaterial dann einsetzen, wenn eine Halbleitereinrichtung auf einem Muttersubstrat eines elektronischen Geräts befestigt ist. Es ist demnach vorzuziehen, daß das niedrig schmelzende Metall 17 so gebildet ist, daß es höher als der LSI-Chip 6 vorliegt.
Ferner läßt sich, wie in Fig. 13 gezeigt, diese Ausführungsform bei einer Halbleitereinrichtung anwenden, die externe Elektroden 182 aufweist, die auf einer Oberfläche des Leiterplattensubstrats 19 gebildet sind, die entgegengesetzt zu der anderen Oberfläche ist, auf der der LSI-Chip 6 befestigt ist.
Ferner kann in dem Fall, in dem die Verbindungsabschnitte 20 zu bilden sind, eine Erwärmung bei einer Temperatur durchgeführt werden, die höher als der Schmelzpunkt des niedrig schmelzenden Lots 17 ist, und anschließend kann eine Erwärmung bei einer Temperatur durchgeführt werden, die höher als der Schmelzpunkt des hochschmelzenden Lots 16 ist, so daß sich die geloteten Verbindungsabschnitte 20 bilden lassen.
(Ausführungsform 7)
Die Fig. 14A bis 14E zeigen konzeptionelle Ansichten eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 7.
Das Maskenelement 11 ist eine 50 mm × 50 mm × 0,15 mm SUS- Platte mit 1024 Durchgangslöchern 9 mit einem 0,4 mm Durchmesser (0,5 mm Abstand, 32 × 32 Matrix), die in dem Mittenabschnitt durch Ätzen gebildet sind.
Ein bogenförmiges Element 25 ist als Halteelement aus einem haftenden Polyimidband mit einer Dicke von 100 µm gebildet, und zu einer Größe von 20 mm × 20 mm zugeschnitten.
Ferner ist der LSI-Chip 6 aus einem Dummychip hergestellt, mit einer Aluminiumverdrahtung, gebildet auf einem 16 mm × 16 mm × 0,4 mm Siliziumwafer. 1024 auf einer Oberfläche des LSI- Chips 6 ausgebildete Elektroden 5 sind mit Titan-Wolfram, Nickel und Gold oberflächenbehandelt.
Wie in Fig. 14B gezeigt, sitzt das bogenförmigen Element 25 an dem Maskenelement 11 nach Fig. 14A fest.
Anschließend werden, wie in Fig. 14C gezeigt, Hohlraumabschnitte 10 mit Lotpaste (63GKk-110GP-L, 63Sn-37Pb vom eutektischen Typ, Schmelzpunkt 183°C, hergestellt von Nihon Ginma) unter Einsatz eines Rakels 4 gefüllt.
Anschließend werden, wie in Fig. 14B gezeigt, die Elektroden 5 des LSI-Chips 6 und die Durchgangslöcher 9 ausgerichtet und unter Einsatz einer zu 240°C erwärmten heißen Platte erwärmt, so daß die Lotpaste 3 erwärmt/geschmolzen wird, damit die Elektroden 5 mit Lot benetzt werden, um hierdurch Kugeln 7 zu bilden, wie in Fig. 14E gezeigt.
Durch das Festsitzen des bogenförmigen Elements an dem Maskenelement läßt sich vermeiden, daß Lotpaste zu der Rückseite des Maskenelements bei Handhabung des Rakels (bei der Zuführung) vorsteht.
(Ausführungsform 8)
Fig. 15 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 8.
Das Maskenelement 111 besteht aus einer 50 mm × 50 mm × 0,15 mm SUS 430-Platte einer magnetischen Substanz mit 1024 Durchgangslöchern 9 eines Durchmessers von 0,4 mm (0,5 mm Abstand, 32 × 32 Matrix), die in dem Mittenabschnitt durch Ätzen gebildet sind.
Das Halteelement 121 ist eine 50 mm × 50 mm × 3 mm SUS-430- Platte aus einer magnetischen Substanz.
Der Magnet 26 ist ein Permanentmagnet mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Dicke von 5 mm.
Der LSI-Chip 6 ist derselbe wie bei der Ausführungsform 7, gezeigt in Fig. 14, und die Beschreibung hiervon wird nicht durchgeführt.
Wie in Fig. 15A gezeigt, sind das Maskenelement 111, das Halteelement 121 und der Magnet 26 nacheinander überlagert und fixiert, und wie in Fig. 15B gezeigt, werden Durchgangslöcher mit Lotpaste 3 (63GK-110GP-L, 63Sn-37Pb vom eutektischen Typ, Schmelzpunkt 183°, hergestellt von Nihon Genma) unter Einsatz eines Rakels 4 gefüllt.
Anschließend werden, wie in Fig. 15C gezeigt, die Elektroden 5 des LSI-Chips 6 und die Durchgangslöcher 9 zueinander ausgerichtet und durch Einsatz einer mit 240°C erwärmten heißen Platte erwärmt, so daß die Lotpaste 3 erwärmt/geschmolzen wird, damit die Elektroden 5 mit Lot benetzt werden, um hierdurch die Kugel 7 zu bilden, wie in Fig. 15D gezeigt.
Wie oben beschrieben, wird eine magnetische Substanz SUS 430 als Material für das Maskenelement 111 und das Halteelement 121 eingesetzt und der Magnet 26 ist dem Halteelement 121 überlagert, so daß das Maskenelement 111 eng an dem Halteelement 121 aufgrund einer magnetischen Kraft haften kann, so daß sich ein Fehler wie ein Ausströmen der Lotpaste in einer Lücke zwischen dem Maskenelement und dem Halteelement im Zeitpunkt des Zusammenklemmens vermeiden läßt.
Obgleich die obige Beschreibung im Zusammenhang mit dem Fall erfolgte, in dem sowohl das Maskenelement 11 als auch das Halteelement 121 aus einer Magnetischen Substanz wie SUS 430 oder dergleichen hergestellt sind, kann lediglich das Maskenelement 111 aus einer magnetischen Substanz hergestellt sein.
In diesem Fall kann aufgrund der Tatsache, daß das Maskenelement 111 durch die magnetische Kraft des Magneten 26 angesaugt wird, das Maskenelement 111 fest an dem Halteelement 121 haften, so daß vermieden wird, daß Lotpaste aus den Durchgangslöchern dann herausdringt, wenn Lotpaste eingeführt wird.
(Ausführungsform 9)
Die Fig. 16 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß Ausführungsform 9.
Der Elektromagnet 261 stimmt mit demjenigen der Ausführungsform 8 mit der Ausnahme überein, daß der Elektromagnet 261 einen Durchmesser von 40 mm und eine Dicke von 5 mm aufweist.
Da mit dem Elektromagneten 261 ein Anschalten/Abschalten der Erzeugung der magnetischen Kraft möglich ist, kann das Maskenelement 111 von dem Halteelement 121 leicht nach der Bildung der Kugeln getrennt werden.
(Ausführungsform 10)
Die Fig. 17 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 10.
Die Preßspannvorrichtung 27 ist aus SUS 430 mit einer Größe von 50 mm × 50 mm × 5 mm gebildet. In der Preßspannvorrichtung 27 ist ein 16,2 mm × 16,2 mm Öffnungsabschnitt mit einer Tiefe von 0,5 mm so gebildet, daß der LSI-Chip 6 hierin angeordnet wird.
Durch Pressen des Maskenelements 111 vom oberen Abschnitt mit Hilfe der Preßspannvorrichtung 27 zum Erzielen einer festen wechselseitigen Haftung zwischen dem Maskenelement 111 und dem Halteelement 121 läßt sich der Zustand der festen Haftung des Maskenelements 111 und des Halteelements 121 selbst in dem Fall aufrecht erhalten, in dem der Magnet 26 während der Zeit der Erwärmung entmagnetisiert ist. Demnach läßt sich jeder Fehler beim Ausfließen der Lotpaste vermeiden.
Der Grund, weshalb eine magnetische Substant SUS 430 für die Preßspannvorrichtung 27 eingesetzt wird, besteht darin, daß sie zum Vermeiden eines Fehlers aufgrund einer Differenz des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Preßspannvorrichtung 27 und sowohl dem Maskenelement 111 und dem Halteelement 121 beiträgt, da diese Elemente 111 und 121 aus SUS 430 hergestellt sind. Alternativ läßt sich eine nicht magnetische Substanz für die Preßspannvorrichtung 27 einsetzen.
(Ausführungsform 11)
Die Fig. 18 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 11.
Eine Nut mit einer Breite von 2 mm und einer Tiefe von 1 mm ist kreisringförmig in der Form einer Schaltung mit ungefähr 40 mm × 40 mm in dem Halteelement 122 so ausgebildet, daß sie zur Seite hin evakuiert wird.
Durch die Evakuierung wird das Maskenelement 111 zu dem Halteelement 121 so angesaugt, daß sich eine enge wechselseitige Haftung der beiden Elemente 111 und 121 herstellen läßt. Somit kann vermieden werden, daß Lotpaste vorsteht, wenn die Lotpaste zugeführt wird.
(Ausführungsform 12)
Die Fig. 13 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 12.
Das Maskenelement 11 ist eine 50 mm × 50 mm × 0,15 mm große SUS-Platte mit 1024 Durchgangslöchern mit einem Durchmesser von 0,4 mm (0,5 mm Abstand, 32 × 32 Matrix), die in dem Mittenabschnitt durch Ätzen gebildet sind, und sie stimmt mit derjenigen nach Ausführungsform 1 überein.
Das Halteelement 123 ist eine 50 mm × 50 mm × 3 mm SUS- Platte, die mit vorstehenden Abschnitten 29 ausgebildet ist, die jeweils einen Durchmesser von 0,38 mm und eine Höhe von 0,03 mm aufweisen.
Durch diese vorstehenden Abschnitte 29 läßt sich kaum irgendein Abstand zwischen dem Maskenelement 11 und dem Halteelement 123 erzeugen. Somit läßt sich jeder Fehler eines Ausströmens von Lotpaste vermeiden.
(Ausführungsform 13)
Die Fig. 20 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 13.
In dem Halteelement 124 ist ein Ausschneideabschnitt 30 mit einer Breite von 2 mm und einer Tiefe von 1 mm entlang dem Außenumfang des Halteelements 124 vorgesehen. Der Ausschneideabschnitt 30 entspricht dem Endabschnitt des Maskenelements 11.
Obgleich Grate in dem Endabschnitt des Maskenelements 11 in Übereinstimmung mit dem Herstellungsverfahren erzeugt werden können, kann durch das Vorsehen eines derartigen Ausschneideabschnitts 30 das Erzeugen eines Abstands zwischen dem Maskenelement 11 und des Halteelements 124 dann vermieden werden, wenn Grate in dem Maskenelement 11 erzeugt werden.
(Ausführungsform 14)
Die Fig. 21 zeigt eine konzeptionelle Ansicht eines Lotzuführverfahrens gemäß der Ausführungsform 14.
Das Halteelement 125 ist eine 60 mm × 60 mm × 3 mm SUS-Platte, in der ein 50,2 mm × 50,2 mm Öffnungsabschnitt 31 mit einer Tiefe von 0,05 mm so gebildet ist, daß die Maske 11 in dem Öffnungsabschnitt 31 angeordnet werden kann.
Durch das Vorsehen des Öffnungsabschnitts 31 zum Aufnehmen des Halteelements 11 hierin kann vermieden werden, daß die Maske 11 relativ zu dem Halteelement 125 im Zeitpunkt des Anpressens verschoben wird.
Wie oben beschrieben, lassen sich bei dem Lotzuführverfahren und dem Lotzuführgerät gemäß der vorliegenden Erfindung Kugeln mit geringer Variation der Höhe durch Einsatz eines Maskenelements mit Durchgangslöchern bilden. Demnach tritt eine Wirkung dahingehend auf, daß sich die Reinigungszeit nach der Bildung der Kugeln verkürzen läßt und daß sich die Zunahme der Kosten aufgrund der Zunahme der Zahl von Kugeln vermeiden läßt.
Ferner kann das Maskenelement so ausgebildet sein, daß es eng an dem Halteelement durch eine magnetische Kraft unter Einsatz einer magnetischen Substanz als ein Material für das Maskenelement und das Halteelement und durch Überlagerung des Magneten auf diesen Elementen anhaftet. Demnach läßt sich jeder Fehler des Ausströmens von Lotpaste in eine Lücke zwischen dem Maskenelement und dem Halteelement im Zeitpunkt des Anpressens vermeiden.
Ferner werden bei dem Lötverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung Kugeln gebildet, und zwar durch Einsatz einer Lotpaste mit einem ersten Metall, das einen festgelegten Schmelzpunkt aufweist, sowie einer Lotpaste mit einem Metall, das einen Schmelzpunkt aufweist, der sich von dem Schmelzpunkt des ersten Metalls unterscheidet. Demnach tritt eine Wirkung dahingehend auf, daß sich die Lottemperatur bei dem eine hohe Wärmebeständigkeit fordernden Verbindungsabschnitt reduzieren läßt.

Claims (19)

1. Lotzuführverfahren, enthaltend die Schritte:
Überlagern eines Maskenelements (11) mit mehreren Durchgangslöchern entsprechend mehreren Elektroden (5), die bei einer elektronischen Komponente (6) gebildet sind, auf ein Halteelement (12) derart, daß das Halteelement (12) die mehreren Durchgangsöffnungen (9) abdeckt;
Füllen der durch die mehreren Durchgangslöcher (9) und das Halteelement (12) gebildeten Hohlraumabschnitte (10) mit Lotpaste (3);
Anordnen der elektronischen Komponente (6) und des Maskenelements (11) derart, daß die mehreren Elektroden (5) jeweils den mehreren Hohlraumabschnitte (10) überlagert sind; und
Erwärmen der Lotpaste (3) zum Abscheiden der Lotpaste bei den mehreren Elektroden (5).
2. Lotzuführgerät, enthaltend:
ein Maskenelement (11) mit mehreren Durchgangslöchern (9) entsprechend mehreren Elektroden (5), die bei einer elektronischen Komponente (6) gebildet sind;
ein Halteelement (12), das dem Maskenelement (11) so überlagert ist, daß es die mehreren Durchgangslöcher (9) abdeckt;
eine Vorrichtung zum Zuführen von Lotpaste (3), die durch die mehreren Durchgangslöcher (9) und die elektronische Komponente (6) oder das Halteelement (12) gebildeten Hohlraumabschnitte (10);
eine Vorrichtung zum Anordnen des Maskenelements (11) und der elektronischen Komponente (6) derart, daß die mehreren Elektroden (5) jeweils den mehreren Hohlraumabschnitten (10) oder den mehreren Durchgangslöcher (9) überlagert sind; und
eine Heizvorrichtung zum Erwärmen der Lotpaste (3) derart, daß sich die Lotpaste (3) an den mehreren Elektroden (5) abscheidet.
3. Lotzuführgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (13) aus Keramik gebildet ist.
4. Lotzuführgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (13) ein Element mit Permeabilität für Wärmestrahlen ist.
5. Lotzuführgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotpaste-Heizvorrichtung durch einen Wärmestrahlradiator (15) gebildet ist.
6. Lotzuführgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Halteelement (13) als wärmebeständiges bogenförmiges Element ausgebildet ist, und
die Vorrichtung zum Zuführen von Lotpaste als Vorrichtung zum Heften des bogenförmigen Elements an dem Maskenelement (11) ausgebildet ist, sowie zum Füllen der durch die mehreren Durchgangslöcher (9) des Maskenelements (11) und dem Halteelement (13) gebildeten Hohlräume (10) mit Lotpaste (23).
7. Lotzuführgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Maskenelement (11) als Element aus magnetischer Substanz gebildet ist, derart, daß das Gerät enthält:
eine Vorrichtung (26) zum Ausüben einer magnetischen Kraft auf das Maskenelement ausgehend von einer Seite des Halteelements (12), die gegenüber der anderen Seite hiervon liegt, bei der das Maskenelement (11) überlagert angeordnet ist, damit ein festes wechselweises Aneinanderhaften des Maskenelements (11) und des Halteelements (12) bewirkt wird, oder daß
sowohl das Maskenelement (11) als auch das Halteelement (12) mit einem Element aus einer magnetischen Substanz so versehen ist, daß das Gerät enthält:
eine Vorrichtung (26) zum Ausüben einer magnetischen Kraft auf das Maskenelement (11) und das Halteelement (12), die einander überlagert sind, damit das Maskenelement (11) und das Halteelement (12) wechselweise fest aneinander haften.
8. Lotzuführgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (26) zum Ausüben einer magnetischen Kraft dahingehend, daß das Maskenelement (11) und das Halteelement (12) wechselweise fest aneinander haften, so entworfen ist, daß es die magnetische Kraft unter Einsatz eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten ausübt.
9. Lotzuführgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine Vorrichtung zum Pressen eines Maskenelements und des Halteelement (12) unter Einsatz eines Preßelements zum Aufrechterhalten eines festen Haftzustands enthält.
10. Lotzuführgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner ein wärmebeständiges Element enthält, das zwischen dem Maskenelement (11) und dem Halteelement (12) so angeordnet ist, daß es eine Lücke zwischen dem Maskenelement (11) und dem Halteelement (12) ausfüllt.
11. Lotzuführgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Maskenelement (11) und das Halteelement (12) jeweils aus sich voneinander unterscheidenden Rohmaterialien gebildet sind.
12. Lotzuführgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
das Halteelement (12) als Element mit einem Öffnungsabschnitt (28) zum Aufnehmen des Maskenelements (11) ausgebildet ist, und
die Vorrichtung zum Zuführen der Lotpaste als Vorrichtung zum Evakuieren des Öffnungsabschnitts (28) ausgebildet ist, damit das Maskenelement (11) und das Halteelement (12) fest aneinander haften, so daß Lotpaste in die zwischen den mehreren Durchgangslöchern (9) des Maskenelements (11) und des Halteelements (12) gebildeten Hohlraumabschnitte (10) zugeführt wird.
13. Lotzuführgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (12) als Element mit vorstehenden Abschnitten (29) ausgebildet ist, die an Positionen entsprechend den mehreren Durchgangslöchern (9) des Maskenelements so gebildet sind, daß kein Abstand in den durch die vorstehenden Abschnitte (29) und die Durchgangslöcher (9) gebildeten Hohlraumabschnitten (10) dann gebildet wird, wenn das Maskenelement (11) und das Halteelement (12) einander überlagert sind.
14. Lotzuführgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (12) als ein Element mit einem im Hinblick auf die Ebene abgesenkten Abschnitt ausgebildet ist, entsprechend einem Endabschnitt des Maskenelements (11) derart, daß der Endabschnitt des Maskenelements (11) nicht an dem Halteelement (12) dann anliegt, wenn das Maskenelement (11) und das Halteelement (12) einander überlagert sind.
15. Lotzuführgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (12) als ein Element mit einem Vertiefungsabschnitt (30) ausgebildet ist, damit es in Kontakt mit dem Maskenelement (11) so gelangt, daß keine Verschiebung zwischen den Maskenelement (11) und dem Halteelement (12) dann erzeugt wird, wenn das Maskenelement (11) und das Halteelement (12) einander überlagert sind.
16. Lötverfahren, enthaltend die Schritte:
Erwärmen einer ein erstes Metall (17) enthaltenden Lotpaste (24), damit die Lotpaste (24) auf Elektroden einer ersten elektronischen Komponente zum Bilden von Kugelbasen (22) abgeschieden wird;
Erwärmen einer Lotpaste (23), die ein zweites Metall (16) enthält, das sich von dem ersten Metall (17) im Hinblick auf den Schmelzpunkt unterscheidet, damit die an zweiter Stelle erwähnte Lotpaste auf den Kugelbasen (22) an den Elektroden der ersten elektronischen Komponente zum Bilden von Lotkugeln abgeschieden wird;
wechselseitiges Überlagern der ersten elektronischen Komponente und einer zweiten elektronischen Komponente derart, daß zugeordnete Elektroden der ersten und zweiten elektronischen Komponente einander entsprechen; und
Erwärmen der Lotkugeln (7) zum Herbeiführen einer Abscheidung der Lotkugeln (7) auf den Elektroden (5) der zweiten elektronischen Komponente.
17. Lötverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt zum Erwärmen der Lotkugeln (7) zum Herbeiführen der Abscheidung der Lotkugeln (7) an den Elektroden (5) der zweiten elektronischen Komponente folgende Schritte enthält:
Erwärmen der Lotkugeln (7) auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des ersten Metalls (17) und dem Schmelzpunkt des zweiten Metalls (16), und
Erwärmen der Lotkugeln (7) auf eine Temperatur, die höher als die Schmelzpunkte des ersten und zweiten Metalls (17, 16) ist, derart, daß die Elektroden (181) der ersten elektronischen Komponente mit den Elektroden (182) der zweiten elektronischen Komponente verbunden werden.
18. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt zum Bilden der Lotkugeln (7) den folgenden Schritt enthält:
Erwärmen der Lotpaste (24) mit dem zweiten Metall (16), dessen Schmelzpunkt höher als derjenige des ersten Metalls (17) ist, zum Herbeiführen einer Abscheidung der Lotpaste mit dem zweiten Metall (16) auf die Kugelbasen (22) an den Elektroden (181) der ersten elektronischen Komponente.
19. Lötverfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt zum Bilden der Lotkugeln (7) folgenden Schritt enthält:
Erwärmen der Lotpaste (23) mit dem zweiten Metall (16), das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metall (17) aufweist, derart, daß das Abscheiden der Lotpaste (23) mit dem zweiten Metall (16) auf den Kugelbasen (22) an den Elektroden (181) der ersten elektronischen Komponente herbeigeführt wird.
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