JP2004505783A - 電気的な構成素子を固定するためのはんだ付け法 - Google Patents

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Abstract

パッドに隆起部を設け、これらの隆起部が、生ぜしめようとするはんだ層厚さと少なくとも同じ高さであり、次のステップにおいてはんだ、特にはんだ膜を前記隆起部に載置し、更に次のステップで前記隆起部をほぼはんだの高さになるまで押さえつけ、更に次のステップではんだ付け過程を実施可能な、はんだを用いてパッドに少なくとも１つの電気的な構成素子を固定するための方法を提案する。この方法は、１０マイクロメータよりも小さな製作誤差を有する正確に規定されたはんだ層厚さを得るために役立つ。

Description

【０００１】
背景技術
電気的な構成素子をはんだを用いてパッドに固定することは公知である。但し従来公知の方法は、はんだ層における１０マイクロメータ以下の厳密に制限された厚さ製作誤差を保証することができないという欠点を有している。
【０００２】
発明の利点
これに対して請求項１の特徴部に記載の本発明による方法は、はんだパッドの構造化を介して同時に、１０マイクロメータよりも小さな製作誤差を有する所望のはんだ層厚さも、はんだ付け過程の前にパッドにはんだを位置固定することも可能にするという利点を有している。特に有利なのは、隆起部高さのはんだ膜厚さとの直接的な組合せである。これにより、隆起部はパッドに対して相対的に極めて小さな高さ製作誤差で、パッドの厚さ製作誤差とは無関係に製作することができる。その結果、極めて正確なはんだ層厚さが構成素子のはんだ付けに際して得られる。更に、隆起部による構成素子の支持に基づき、これらの構成素子は、はんだが隆起部無しで耐えられるよりも著しく重くてよい。更に、隆起部の高さは押さえつけられる際に自動調整式で、場合によっては生ぜしめられるはんだ膜の厚さ変動に対して調整される。はんだ量の調量は、構成素子の重量とは無関係に自動的に毛管現象を介して行われる。別の利点は、隆起部相互の非常に小さな高さ製作誤差に基づき、楔形のはんだ付けを防止することができるという点にある。それというのも、構成素子がはんだの溶融段階中にいずれかの側に傾動する恐れはないからである。このことは、例えばパワー構成素子において構成素子のより高い負荷容量を生ぜしめる。それというのも、熱導出がはんだ付けされた面にわたって一様に行われるからである。更に別の利点は、はんだが極めて良好にパッドに位置固定されるという点にある。組込み過程でパッドが振動しても落下する危険はない。このように、はんだをはんだ付け過程の前に位置固定するために別個の手段を講じる必要は最早ない。更に、はんだの前記固定は、はんだがパッドから再び外れること無く、パッドをはんだと共に反転させられるということが良い。しかも、構成素子の「頭上で」、はんだによって被覆されたパッドに固定することが可能になる。はんだ付け過程に際して、例えばはんだ溶融時の構成素子の片側沈下等の構成素子の運動は最早行われない。従って、突出した角隅部及びはんだ膜に構成素子が載置される際の比較的大きなずれは問題にならない。これにより、特に不正確な組込みに基づく短絡が防止される。更に、予め接着結合部が既に存在していてもよい。複数のはんだ結合部が重なり合って配置される整流器モジュール用の積層体もはんだ付け可能である。
【０００３】
請求項２以下に記載の手段により、請求項１記載のはんだ付け法の有利な改良が可能である。
【０００４】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【０００５】
図１ａに示した例えば金属表面、特にリードフレーム等のはんだパッド１には複数の隆起部２が配置されている。これらの隆起部２は、次に被着されるべきはんだ層の目標とする高さを凌駕している。この高さは破線４及び二重矢印３によって示されている。図１ｂには平面図で３つの隆起部２の配置形式が示されている。
【０００６】
まず最初に、はんだ付けしようとする構成素子の支持ポジションの範囲内で、複数の隆起部２がはんだパッドの表面にエンボスされる。このことは、例えば斜めの切込みを介して、例えば焼入れされたニードル等の鋭利な工具により、前記切込みの縁部に十分に高いまくれ又はバリが生ぜしめられるように行われてよく、このまくれ又はバリが前記隆起部２を形成する。但しこの場合、パッドのまくられた材料は、典型的にははんだ付け過程後に得ようとするはんだ層厚さよりもやや高いのが望ましい。このためには、パッドは例えばニッケルめっきされた銅等の柔らかい変形可能な材料から成っている。少なくとも３つの隆起部を選択することが有利である。それというのも、このようにして一義的な平面が規定されるからである。
【０００７】
図２ａには、はんだ膜１０がどのようにして隆起部２に支持されるかが示されている。
【０００８】
はんだ膜は、はんだ付け過程後に得ようとする厚さを有しているのが望ましい。従って、はんだ膜の面積は、はんだ付けしようとする構成素子の支持面と少なくとも同じ大きさでなくてはならない。はんだ膜面積が前記構成素子よりも著しく小さいと空隙が生ぜしめられる。それというのも、隆起部によって規定された間隔において、はんだ量が全面を濡らすためには最早十分ではないからである。
【０００９】
図２ｂには、押圧部材２０のはんだ膜に面した平らな面を以て、圧縮ばね２１に象徴される押圧力を用いて隆起部がどのように押さえつけられるかが示されている。
【００１０】
この押さえつけは、有利には力を制御されて隆起部がはんだ膜の高さになるまで行われる。はんだ膜の高さになると直ちに、前記力は隆起部を更に押さえつけるために著しく大きくなる。このステップにおいて、はんだ膜は押さえつけられた隆起部と、はんだが隆起部延いてはパッドにおいて位置固定されるように噛合い結合する。図２ｂで拡大して示した部分断面図において明らかなように、隆起部には前記平坦化ステップにより小さな平床部３０が形成され、これらの平床部３０は、後で特に液状のはんだにおいて構成素子のための支持面として役立つ。
【００１１】
続くステップにおいて、はんだ付けしようとする構成素子１１０が図３に示したようにはんだに載置されてから、本来のはんだ付け過程に送られる。はんだを加熱することによりこのはんだは液状になり、はんだの毛管現象に基づき、はんだ膜に直接に接した構成素子の載置面外に位置するはんだが、はんだの冷却及び凝固後にはんだ層１００が形成されるまで、構成素子の下方に吸い込まれる。前記はんだ層１００は、構成素子１１０をパッド１に機械的且つ電気的に結合する。
【００１２】
択一的に、前記構成素子は下方から、既に部分的に平らに押し付けられた隆起部によって位置固定されたはんだ膜に導かれて、「頭上で」パッドにはんだ付けされてもよい。
【００１３】
隆起部は、エンボス加工の代わりに短いボンディングワイヤ片がパッドに接着されることによって製作されてもよい。この場合、前記ワイヤの長手方向軸線がはんだパッド１の表面に対して平行に接着される。ボンディングワイヤの厚さは、典型的には得ようとするはんだ層高さよりもやや大きく選択する必要がある。接着位置は、図１に示した実施例で切込み若しくはエンボス加工によって得られた隆起部の位置に対応する。短いボンディングワイヤ片による隆起部は、上で説明した隆起部と同じ機能を果たす。
【００１４】
別の択一的な方法では、例えば隆起部を備えたリードフレームと、載置されて平坦化されたはんだ膜と、隆起部の加工成形された平床部とをはんだ付け炉に導入してから、例えば半導体チップ等の構成素子を載置する。はんだの溶融温度以上にリードフレームを加熱すると、クッション状のはんだ表面が形成される。その後で初めてチップが位置決めされて、平床部３０に押し付けられる。チップは放されても、リードフレーム表面に存在する隆起部に基づき、規定されたはんだ厚さを下回ることはないので、チップの隣りにはんだ突出部が形成される恐れはない。但し、チップは毛管現象及び制限されたはんだ供給量に基づき、規定された厚さを著しく上回ることもない。つまり、隆起部、はんだ膜を規定する厚さ及び前記隆起部からの平床部の形成を含む引き続く圧着の規定は、はんだ付けしようとする構成素子を既に液状のはんだクッションに載置する「はんだ・ダイ結合（Ｓｏｆｔ − Ｓｏｌｄｅｒ − Ｄｉｅ −Ａｔｔａｃｈ） 」法の枠内でも有利に適用可能である。既に述べたように、平床部に圧着された後で前記構成素子が放され、冷却後にはやはりチップ１１０をパッド１に結合する強固なはんだ層１００が存在している。但し、使用されるリードフレームは、前記のように用いられる場合は構成素子によって占められるべき位置に凹部を有していてはいけない。それというのも、さもなければこれらの凹部もはんだ付け過程においてやはりはんだで満たされ、これにより、はんだ膜がチップと比べて僅かに大きな場合に、はんだ量自体が場合によってはチップ面を完全に濡らすには最早十分ではなくなるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】はんだパッドを横断して側面から見た図である。
【図１ｂ】はんだパッドの平面図である。
【図２ａ】１方法ステップを示した図である。
【図２ｂ】第２の方法ステップを示した図である。
【図３】別の方法ステップを示した図である。
【符号の説明】
１　はんだパッド、　２　隆起部、　１０　はんだ膜、　２０　押圧部材、　２１　圧縮ばね、　３０　平床部、　１００　はんだ層、　１１０　構成素子

Claims (8)

  1. はんだを用いてパッドに少なくとも１つの電気的な構成素子を固定するための方法であって、
    イ）パッドに隆起部を設け、これらの隆起部が、生ぜしめようとするはんだ層厚さと少なくとも同じ高さであり、
    ロ）次のステップにおいてはんだ、特にはんだ膜を前記隆起部に載置し、
    ハ）更に次のステップで前記隆起部をほぼはんだの高さになるまで押さえつけ、
    ニ）更に次のステップではんだ付け過程を実施することを特徴とする、電気的な構成素子を固定するためのはんだ付け法。
  2. ほぼ平らな板を有利には力を制御して隆起部に押し付けることにより、これらの隆起部を押さえつける、請求項１記載の方法。
  3. ニードルを用いて隆起部をエンボスする、請求項１又は２記載の方法。
  4. ボンディングワイヤ、特にアルミニウムボンディングワイヤを接着することにより隆起部をもたらす、請求項１又は２記載の方法。
  5. 少なくとも３つの隆起部をもたらす、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. はんだ付け過程の第１ステップにおいて構成素子を載置又は案内し、第２ステップにおいてはんだ層をその溶融温度以上に加熱する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
  7. オーバヘッド組込みにおいてはんだ付け過程を行う、請求項６記載の方法。
  8. はんだ付け過程の第１ステップにおいてはんだをその溶融温度以上に加熱し、第２ステップにおいて押さえつけられた隆起部に構成素子を圧着する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
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