JP2005501742A - はんだ接合部の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
【解決手段】
本発明はボンディング配置体の少なくとも２つのコンタクトパートナー（２２，２３）間にはんだ接合部を製造する方法に関し、一片状のはんだ材料（２７）をボンディング配置体とある距離だけ離れて配置し、前記一片状のはんだ材料を少なくとも部分的に溶融し、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料を、２つの接着パートナーが接着領域でぬれて電気的な導通接着を確立するようにボンディング配置体に突進させる。

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ボンディング配置体の少なくとも２つのコンタクトパートナー間にはんだ接合部を製造する方法に関し、一片状のはんだ材料をボンディング配置体から離れて配置し、前記一片状のはんだ材料を少なくとも部分的に溶融し、双方のコンタクトパートナーがぬれて接着領域において電気的に導通するように、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料をボンディング配置体に対して突進させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許５，８２８，０３１号には、ボンディング配置体の２つのコンタクトパートナー間にはんだ接合部をつくる方法が開示されており、ここではコンタクトパートナーは角度９０°を有するコンタクト面として設計されている。前記はんだ接合部を製造するために、２つのコンタクト面間だけでなくキャピラリも接触するように、はんだボールとして形成された一片状のはんだ材料をキャピラリによって２つのコンタクトパートナー間に配置することが記載されている。この目的のために、はんだボールはキャピラリによってコンタクト面に対して押し付けられる。レーザーエネルギーによって溶融したはんだボールがコンタクト面をぬらし、結果的にコンタクト位置においてはんだ材料を固着する接着力を生じるまでの長い間、前述の接触を十分維持しなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
はんだボールとコンタクト面との間に接触圧を生じる前述のタイプは、はんだ接合部の製造のためにキャピラリをボンディング配置体の領域に直接的に位置決めしなければならないことを必要とする。一方では、これはキャピラリの極端に正確な位置決めを必要とし、他方ではボンディング配置体の良好な接近性を必要とする。
【０００４】
前述の本発明は、同一面に配置されていないボンディング配置体の２つのコンタクトパートナー間にはんだ接合部をつくる方法を提案する問題に基づいており、一方ではキャピラリの位置決めのために大した努力を必要とせず、他方ではボンディング配置体からある距離だけ離れて実行することができ、かくしてボンディング配置体の接近性に関する要求が小さくなる。
【０００５】
本発明の目的は、請求項１の特徴を有する方法を達成することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるはんだ接合部を製造するための方法において、一片状のはんだ材料をボンディング配置体に対してある距離だけ離れて配置し、前記一片状のはんだ材料の少なくとも部分的な溶融に続いて、ボンディング配置体に対して突進させるか発射する。少なくとも部分的に溶融した前記一片状のはんだ材料を強く押す前記動作又は発射する前記動作は、双方のコンタクトパートナーが衝突時にぬれるか衝突の結果でぬれるように行われる。これは、双方のコンタクトパートナーが同時に衝撃を受け、又は一方のコンタクトパートナーが最初に衝撃を受け、かつ他方のコンタクトパートナーのぬれがその跳ね返りによって生じる。いかなる場合でも、双方のコンタクトパートナーのぬれは電気的な導通接合部を生じる。
【０００７】
適当なはんだ材料は、例えば金属製のはんだ合金のような従来から使われる材料だけでなく、例えば導電性プラスチック材料のようなコンタクトパートナー間での電気的な導通を可能とする主要な全ての材料である。
【０００８】
公知の方法と比較すると、ボンディング配置体、一片状のはんだ材料、及びはんだ接合部の製造のためのキャピラリとの間の機械的な一連の接触がもはや必要とされないため、一方ではキャピラリの正確な位置決めに関する要求が小さくなり、他方ではボンディング配置体の接近性に関する要求も小さくなる。それどころか、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料を、キャピラリと接触すること無くボンディング配置体の領域に位置決めすることができる。幾何学的な状態、又は例えばはんだ材料の構成しだいで、一片状のはんだ材料を部分的に溶融しただけか完全に溶融した状態でボンディング配置体に対して強く突進させ及び／又は発射するのが良い。ボンディング配置体の少なくとも一方のコンタクトパートナー上にはんだ材料の衝撃を加える結果、双方のコンタクトパートナーをぬらすことだけが必要不可欠なものである。
【０００９】
特に有利な方法は、ボンディング配置体のコンタクトパートナー間に形成されたコンタクトギャップの中に少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料を突進させることである。この方法の前記応用例では、ギャップの配置しだいで、はんだ材料の重量でボンディング配置体のコンタクト面全体をぬらすことに対抗して作用するキャピラリの力を打ち消し、むしろ好ましくない配置のボンディング配置体でさえ信頼性のあるはんだ接合を達成することが可能である。
【００１０】
ボンディング配置体によって、コンタクトギャップがだいたい円錐形に形成されている場合はとりわけ、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料をコンタクトギャップ中のコンタクトパートナー間で形成されるギャップ角度の二等分線の方向に突進させるならば、本方法の応用例が信頼できるはんだ接合を可能とする。ぬらすべきコンタクトパートナーがほぼ等しい大きさのコンタクト面を有する面として形成されているならば、突進させる方向を円錐形ギャップの二等分線に応じて選択することが特に有利である。
【００１１】
コンタクトギャップが円錐形に形成され、コンタクトパートナーが異なる大きさのコンタクト面として設計された状態で、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料を、前記角度の二等分線と２つのコンタクト面の大きいほうとの間に延在する軸線に沿ってコンタクトギャップ中に突進させるならば有利である。
【００１２】
２つのコンタクト面のボンディング配置体が平行に配置された状態では、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料をボンディング配置体のコンタクト面間に形成した平行なギャップの中にギャップの中心軸線の方向に突進させるならば特に有利である。
【００１３】
このように互いに配置されたコンタクト面及び／又はこのように形成されたコンタクトギャップにおいて、例えばチップなどの半導体部品を基板上に接触させたいわゆるフリップ−チップ接触を用いた場合、本方法は、最初のステップにおいて対向して配置されたコンタクト面を正確に調整可能な基板間距離でコンタクト基板の所定の相対配置を行ない、第２のステップにおいて所定の基板間距離で正確に支持したまま、基板のコンタクト面間に形成されたコンタクトギャップにはんだ材料を強く突進させることではんだ接合部を作ることにより、基板同士の接触を可能とする。
【００１４】
コンタクトスリーブとコンタクトスリーブ内に延在する導通ワイヤとで構成されたボンディング配置体の場合、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料を、本方法の実行中に導通ワイヤの延在方向に突進させることが有利である。ＳＭＤテクノロジーによって基板に電子部品が組み付けられる際に、部品の接続導体が基板のスループレートの中に組み付けられ、前記スループレートにはんだ付けされる場合において、本方法の応用例が特に有利であることが分かる。コンタクト面と、コンタクト面上に配置されたワイヤ導体とを有するボンディング配置体の場合、はんだ材料をワイヤ導体に突進させる結果、ワイヤ導体がコンタクト面に押し付けられる。このように、ワイヤ導体を接続する際にコンタクト用ツールとワイヤ導体間を接触すること無く、接続を行うこともまた可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本方法の好ましい変形例を以下の図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１乃至図６は、コンタクト面２２，２３として構成されたコンタクトパートナーを有し、それらが円錐形ギャップ２４を形成するように互いに相対的に配置されたボンディング配置体２１にはんだ接合部を作る方法を実行するのに適したはんだ材料付与手段２０を示すだけでなく、本方法の適用例を示している。この場合、円錐形ギャップ２４の角度αはほぼ９０°である。
【００１７】
図１は、アプリケーションマウスピース２５内に形成されたガイドチャンネル２６を有するはんだ材料付与手段２０を示し、ガイドチャンネル２６は、この場合、ボール状に構成された一片状のはんだ材料２７を取り上げて案内する。一片状のはんだ材料２７は重力又は例えば加圧ガスによる動荷重によってガイドチャンネル２６のロート状のアウトプットエリア２８の中に動かされ、そこでアウトプットエリア２８の開口縁２９に支持されるようになる。この場合、開口縁２９はバルブシートのように形成され、その反対側に配置された一片状のはんだ材料２７と協働して、アウトプットエリア２８の本質的な流体密閉部を形成している。アウトプットエリア２８がロート状に形成されているので、ボンディング配置体２１の上方にアプリケーションマウスピース２５を適当に位置決めすることにより、ガイドチャンネル２６の長手方向軸線に対して本質的に垂直に延在する平面上において一片状のはんだ材料２７の所定の整列を可能とする。
【００１８】
一片状のはんだ材料２７が図１に示すようにアプリケーションマウスピース２５のガイドチャンネル２６に到達した後、図２に示すようにアウトプットエリアの開口縁２９上に支持されるようになる。
【００１９】
図３に示すボンディング配置体２１に対して一片状のはんだ材料２７を位置決めするのに続いて、一片状のはんだ材料に例えばレーザーエネルギーなどのエネルギーを印加し、一片状のはんだ材料２７の少なくとも部分的な溶融を生じさせる。
【００２０】
一片状のはんだ材料２７の少なくとも部分的な溶融に続いて、好ましくは保護ガスによって生じたガイドチャンネル２６内の一時的な又は連続的な流体圧により、アウトプットエリア２８から少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料２７をイジェクトさせる。
【００２１】
図５に示すように、イジェクト工程に続いて少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料２７を、中心軸線３１をここで例示的に示すギャップ角度αの２等分線とほぼ一致させた状態でガイドチャンネル２６の中心軸線３１に沿ってボンディング配置体２１の方向に発射する。
【００２２】
図６に示すように、図示した実施例では衝突前に既に完全に溶融しているが、一片状のはんだ材料２７の衝突が、コンタクト面２２，２３の完全なぬれを生じる。ぬれの形成度合いは衝突の運動エネルギーによって高められる。
【００２３】
一片状のはんだ材料２７が部分的に溶融した状態だけでボンディング配置体２１のコンタクト面２２，２３に衝突する場合、一片状のはんだ材料２７の溶融した部分の容積に対応してコンタクト面２２，２３の少なくとも部分的なぬれが最初に生じる。この場合、一片状のはんだ材料２７がボンディング配置体に衝突した後、完全な溶融が達成されるまで一片状のはんだ材料２７にエネルギーを印加することによって、コンタクト面２２，２３を完全にぬらすようになる。
【００２４】
図７は、特定の幾何学的な状態にあるボンディング配置体３８に本方法がどのように適合されたかを示しており、この場合イジェクト軸線と一致する中心軸線３１の方向性しだいで異なる大きさのコンタクト面３３，３４を有している。この目的の為に、イジェクト軸線は、ボンディング配置体３２によって形成された円錐形ギャップ３６の角度の二等分線３５から大きい方のコンタクト面３４に向かって逸脱するように傾斜しているので、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料２７の衝突がぬれ面で見てコンタクト面３３，３４のそれぞれの大きさに適当に適応するような異なるぬれを生じる。
【００２５】
図８は、平行なギャップ４０を形成するボンディング配置体３９の接着面３７，３８間にはんだ接合部を製造する方法の応用例を示す。
【００２６】
図８及び図９に示す応用例の一例は、周囲にコンタクト領域３７を配置したチップ４１を同じく周囲にコンタクト面３８を配置した基板４２に接着する一実施例を示している。この場合、コンタクト面３８をチップ４１に対向させながら基板４２をベース６５上に載せる。チップ４１は、基板４２の上方であってチップのコンタクト面３７が基板に関連したコンタクト面３８とオーバーラップするように前記基板に対して所定の距離ａだけ離れて配置される。基板４２に対する前記所定の相対位置のまま、チップ４１は吸い込み開口部４５を有する負圧プレート４３によって吸い込み面４４に保持されており、負圧プレート４３の接続開口部４６に加える真空によって負圧プレート４３にチップ４１をくっ付けている。
【００２７】
個々のボンディング配置体３９のコンタクト面３７，３８間にはんだ接合部を形成するために、チップ４１と基板４２によって構成された基板配置体４７が前述したように相対的な位置決め状態で配置されている。次いで、特に図９に示すように、それぞれの関連したアプリケーションエリア４９が個々のボンディング配置体３９に割り当てられるように、基板配置体４７がはんだ材料付与手段４８によって囲まれる。前記アプリケーションエリア４９のそれぞれの構造は図１乃至図７に示すはんだ材料付与手段２０の構造に対応する。そのような方法で、アプリケーションエリア４９の中心軸線３１は、コンタクト面３７，３８に対して本質的に平行にかつ軸線、すなわちボンディング配置体３９のギャップ中心軸線６２にほぼ同軸で整列する。
【００２８】
図１乃至図６を参照して既に詳細に説明したように、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料２７が前記位置からイジェクトされ、図８（右）に示すように少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料２７の衝突に続いて、図８（左）に示すように接着面３７，３８がぬれてはんだ接合部５０を形成する。
【００２９】
図１０は、ボンディング配置体５１がコンタクトスリーブ５２とワイヤ導体５３とを有し、協働してリングギャップ６３を形成する場合のはんだ接合部の製造方法の応用例を示している。コンタクトスリーブ５２は基板５４における技術的な専門用語でいわゆる「経由（ｖｉａ）」と呼ばれるスルーコンタクトであり、例えば半導体部品５５のような電子部品のワイヤ導体５３として設計された接続用導体がその中に挿入される。かくして、図１０に示す半導体部品５５と基板５４との間のボンディング配置体が、部品グループを生成するためのいわゆるＳＭＤ（表面実装装置）技術によってできた接続部に対応する。
【００３０】
図１０において点線で示すように、コンタクトスリーブ５２とワイヤ導体５３との間のリングギャップ６３においてはんだ接合部５６を製造するために、はんだ材料付与手段２０を、その中心軸線３１がコンタクトスリーブ５２の中心軸線５７と本質的に同軸に延在するようにガイドチャンネル２６の中心軸線３１をコンタクトスリーブ５２に対して本質的に位置決めする。この場合、中心軸線５７は、コンタクトスリーブ５２においてワイヤ導体５３の延在方向と本質的に同軸になる。
【００３１】
図１１は、ボンディング配置体５８が基板６０のコンタクト面５９とワイヤ６１とを有する状態でのはんだ接合部６４の形成部を点線で示している。イジェクト方向が同軸であるアプリケーションマウスピース２５の中心軸線３１をワイヤ導体と交差しかつコンタクト面５９を横切るように配置したところではんだ材料付与手段２０の位置から少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料２７を、ボンディング配置体５８に載せる。アプリケーションマウスピース２５のこの位置決めによりワイヤ導体６１の中間配置を生じ、結果的にワイヤ導体６１が少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料の衝突によってコンタクト面５９に対して押し付けられ、ワイヤ導体とコンタクト面５９との間で本質的にギャップのない接触を可能とする。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】
コンタクトギャップを形成するボンディング配置体の２つのコンタクト面間にはんだ接合部をつくる方法を実行するに当って、方法の連続的なステップを示した主要図。
【図２】
コンタクトギャップを形成するボンディング配置体の２つのコンタクト面間にはんだ接合部をつくる方法を実行するに当って、方法の連続的なステップを示した主要図。
【図３】
コンタクトギャップを形成するボンディング配置体の２つのコンタクト面間にはんだ接合部をつくる方法を実行するに当って、方法の連続的なステップを示した主要図。
【図４】
コンタクトギャップを形成するボンディング配置体の２つのコンタクト面間にはんだ接合部をつくる方法を実行するに当って、方法の連続的なステップを示した主要図。
【図５】
コンタクトギャップを形成するボンディング配置体の２つのコンタクト面間にはんだ接合部をつくる方法を実行するに当って、方法の連続的なステップを示した主要図。
【図６】
コンタクトギャップを形成するボンディング配置体の２つのコンタクト面間にはんだ接合部をつくる方法を実行するに当って、方法の連続的なステップを示した主要図。
【図７】
異なる大きさのコンタクト面を有した状態で、コンタクトギャップを形成するボンディング配置体。
【図８】
平行なギャップを形成するボンディング配置体のコンタクト面間のはんだ接合部を製造する方法の利用法であって、この特別な配置体の側面図を示している。
【図９】
図８に示した配置体の平面図。
【図１０】
コンタクト配置体がリングキャップを形成する状態でのはんだ接合部を作る方法の応用例。
【図１１】
コンタクト配置体がコンタクト面とワイヤ導体を有する状態でのはんだ接合部をつくる方法の応用例。

Claims (7)

  1. ボンディング配置体（２１，３２，３９，５１，５８）の少なくとも２つのコンタクトパートナー（２２，２３；３３，３４；３７，３８；５２，５３；６１，５９）間にはんだ接合部を作る方法において、
    一片状のはんだ材料（２７）をボンディング配置体に対してある距離だけ離して配置し、前記一片状のはんだ材料を少なくとも部分的に溶融し、少なくとも部分的に溶融した前記一片状のはんだ材料を、双方のコンタクトパートナーがぬれて接着領域において電気的に導通接続を確立するように、ボンディング配置体に突進させることを特徴とするはんだ接合部の製造方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料（２７）を、ボンディング配置体（２１，３２，３９，５１）のコンタクトパートナー（２２，２３；３３，３４；３７，３８；５２，５３）間に形成されたコンタクトギャップ（２４，３６，４０，６３）の中に突進させることを特徴とする方法。
  3. 請求項２に記載の方法であって、コンタクトギャップ（２４，３６）が円錐形に形成された状態で、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料（２７）を、コンタクトパートナー（２２，２３；３３，３４）間に形成されたコンタクトギャップの中でギャップ角度αの二等分線（３１，３５）の方向に突進させることを特徴とする方法。
  4. 請求項２に記載の方法であって、コンタクトギャップ（２４，３６）が円錐形に形成されかつコンタクトパートナーが異なる大きさのコンタクト面（３３，３４）として構成された状態で、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料（２７）を、前記角度の二等分線と２つのコンタクト領域の大きい方との間に延在する軸線（３１）に沿ってコンタクトギャップの中に突進させることを特徴とする方法。
  5. 請求項２に記載の方法であって、ボンディング配置体（３９）が平行に配置された２つのコンタクト面（３７，３８）を有した状態で、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料（２７）を、前記ボンディング配置体のコンタクト面間に形成された平行なギャップ（４０）の中にギャップの中心軸線（６２）の方向に突進させることを特徴とする方法。
  6. 請求項２に記載の方法であって、ボンディング配置体（５１）がコンタクトスリーブ（５２）と前記コンタクトスリーブ（５２）の中に延在するワイヤコンダクタ（５３）を有する状態で、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料（２７）を、コンタクトギャップ（６３）の中であってコンタクトスリーブ内部のワイヤ導体の延在方向に向かって突進させることを特徴とする方法。
  7. 請求項１に記載の方法であって、ボンディング配置体（５８）がコンタクト面（５９）と前記コンタクト面に配置されたワイヤ導体（６１）とを有した状態で、少なくとも部分的に溶融した一片状のはんだ材料（２７）をワイヤ導体の中間配置構造を有したコンタクト面上に突進させることを特徴とする方法。
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