JP2005514759A - 電気コンポーネントを導体構造を有する基板上に端子接続する方法 - Google Patents

Abstract

電気コンポーネント（２）、特に半導体コンポーネントを導体構造（３）を有する基板（１）上に端子接続する目的にのために、電気コンポーネント（２）に圧力が加えられ、基板（１）が塑性変形をするように接合するための温度が選択され、その結果、電気コンポーネントが導体構造（３）とともに基板（１）内にポジティブロック式で圧入される。コンポーネントと基板との間に接続を生成するために、基板の融点以下の温度で処理され得る薄い拡散はんだ層を用いる。

Description

電子コンポーネント、特に半導体コンポーネント（チップ）を基板上に端子接続する場合、例えば、プラスチックからつくられた可撓性のあるシートキャリヤーなどの比較的高価な基板材料、および導電性のある高価な接着剤が用いられる。しかしながら、このタイプの多くの接着剤は、硬化のために比較的高温を必要とするが、そのような温度では、シートキャリヤーのプラスチック材料が破損するか、または適用されたメタライゼーション層が剥離される。

導電性接着剤に比べ費用効率がより高いので、コンポーネントを基板上に端子接続するための高価でないはんだ方法を用いるように努力されるべきである。しかしながら、高い接合温度のために、はんだ方法は、特に温度耐性のある、従って、高価な基板材料を必要とする。

電気コンポーネントが端子接続されるように意図された基板の表面がはんだ層の高さを超える起伏を有する場合、さらなる困難が起こる。特に、はんだ層がコンポーネントの機械的な固定を維持するようにだけ意図されるのではなく、導電性端子の生成にもまた役立つ場合、液体はんだ層は、コンポーネントの下の空間の体積を完全に満たすことができず、その結果、開放性の電気接触が起こり得る。接着剤または３０〜１００μｍの高さを有するはんだ瘤を用いる従来の端子接続方法において、数μｍの領域における起伏は、容易に補償される。薄いはんだ層が用いられる場合、前述の問題が起こり得る。

本発明の目的は、結合剤の厚さとは関係なく基板の表面に起伏がある場合に、十分な導電率のある永久的に導電性のある接続をもたらす導体構造が提供された基板に電気コンポーネントを端子接続のための方法を特定することである。

この目的は、請求項１の特性を有する方法を用いて達成された。有用な改良は、従属請求項から明らかになる。

本発明に記載の方法において、結合剤、好ましくは少なくとも２つの金属製または半導体の化学要素を含む金属製のはんだ材料が、電気コンポーネントと基板の導電構造との間に導入される。このはんだ素材は、基板の耐性のために、融点が臨界温度より下になるように作られている。端子接触中の接合温度は、電気コンポーネントに加えられた圧力でもって、塑性変形をするように選択され、その結果、コンポーネントは、導電構造とともに基板内にポジティブロック式で圧入される。

本発明に従って、接合温度は故意に基板のガラス転移温度以上に上昇され、その結果、基板表面の起伏が補償されるまでコンポーネントが基板内に圧入され得る。導電構造のコンポーネントの下に位置する少なくとも部品は、同時にこの動作中に基板内に圧入されるので、導電構造は破損するか、または裂けないように、弾性でなければならない。基板表面の小さな起伏によってさえ、銅またはニッケルで作られた通常の導体トラックは十分に膨らませることができるか、または圧縮可能である。

本発明に記載の方法において、１２０℃以下の融点を有する柔らかい材料で作られた基板を好ましくは用いる。材料は、例えば、ＰＶＣ（塩化ビニル）、ＰＥＴ（．．．．．）などから構成され得る。この材料から作られた基板は非常に柔らかく、低い融点を有し、さらに費用効率が高い。

本発明に記載の方法は、導電性接続を生成する目的のために、電気コンポーネントを基板に純粋に機械的に接続するか、コンポーネントの電気端子を基板上の導電構造の一部である対応する接点に直接端子接続するように用いられ得る。

第１に記載された代案おいて、導電性接続は、例えば結合ワイヤを用いて生成され得る。端子接続という用語は、コンポーネントと基板との間の均一で、剥離に対して安全な機械的接続が、コンポーネントの接続範囲全体にわたって維持されていることを意味すると理解されなければならない。

後者の場合において、結合剤は、電気コンポーネントの端子と導体トラックの対応する接点との間に導入される。この方法のパラメータは、好ましくは基板の塑性変形が始まる前に結合剤が凝固するように作られるように選択される。この手順は、弾性変形の間に側方への基板の材料の移動が、接点の位置を動かすことができないという利点を有する。
そのような動きは、適切であれば、接続が生じられないためか、所望されない導体間の接続が影響されるために、コンポーネントと基板との間の導電性接続を損いかねない。側方への基板の材料の移動が接点の間隔を限定しなければ、導体トラックは増加されなければならなかった。しかしながら、これは大きな範囲の必要を引き起こす。

少なくとも２つの元素の金属または半導体材料から作られたはんだ材料は、好ましくは結合剤として用いられる。溶融はんだ素材は、好ましくは合金、金属間化合物、あるいはシートの金属層の金属をともなうか、または半導体コンポーネントの端子の金属をともなうフェーズに入るように作られる。好ましくは、はんだ接続を溶かそうとする場合において、シートが必然的に破損されるか、または少なくとも金属層がシートから剥離され得、構成全体が使用できなくなるほど、この融点は高い。

これに特に適しているはんだ材料は、組成物が共融点または少なくとも共融点の近くにあるように比率が選択される組成物、すなわち混合物、合金または化学量論化合物、少なくとも、そして好ましくは２つのコンポーネントを含む混合物である。これは、この組成物の選択にとって、コンポーネントの比率が変わるたびに組成物の融点が上昇するためである。はんだ材料が溶かされた場合、ある割合の半導体コンポーネントのシートまたは端子の金属層の金属を含む合金または金属間化合物が生成され、その結果、導電性接続を形成する材料の組成物は、融点が相当高く、特にシートにとって安全な温度以上であるほど、はんだ材料のもともとの組成物の共融組成物とは異なる。この場合、おおよそ共融組成物という用語は、共融点の温度からせいぜい１０℃違う融点を有する組成物を定義し得る。

可能なはんだ材料として適切なものは、好ましくは銅またはニッケルから作られたシートの金属層とともに、基本的にはビスマス（化学記号Ｂｉ）を含む材料である。所望されるものを達成する共融またはおおよそ共融（共融点に対する温度差がせいぜい１０℃）組成物は、ビスマスまたはインジウムを含む組成物、ビスマスおよびスズを含む組成物およびインジウムおよびスズを含む組成物である群からの材料である。

あるいは、基板の塑性変形が始まる以前に凝固する熱可塑性接着剤もまた用いられ得る。熱可塑性接着剤は、さらに接点の密封を維持する。

コンポーネントおよび基板を含む構成を加熱するためには、赤外領域内で作動するレーザまたは１μｍより小さい波長を有するレーザが適切である。赤外領域内で作動されるレーザは、基板のコンポーネントから離れている側から金属要素を加熱し、まずはんだ材料が溶かされる。はんだ材料はレーザが遮断された後に凝固する。しかしながら、金属に蓄積された熱は近隣の基板を加熱するのに十分であり、後者が塑性変形される。電気コンポーネントは、１μｍより小さい波長で作動されるレーザによって加熱される。十分に長い照射が行われ、はんだ材料はまず溶かされる。はんだ材料は、レーザが遮断された後に凝固し、近隣の基板材料を加熱しているコンポーネントに蓄積された熱は、コンポーネントに加えられた圧力で、基板の塑性変形をもたらすようになる。

本発明の方法は、以下の概略図のみへの参照とともに詳細に説明される。

図１は、基板１の上に位置する電気コンポーネント２を示す。導体トラック３および接点４を有する導体構造は、コンポーネント２に面する基板１の表面に位置する。例示的に、実施例においては、それぞれ端子を有する２つの導体トラックのみが図示されている。コンポーネント２が基板に面する主な面に２つの対応する端子を透視図からは見ることができない。

コンポーネント２に面する基板１の表面は、模式的な段の形態の起伏を有する。明瞭にする理由で、その段は、拡大されて図示されおり、実際には著しく明白ではない。さらに、この図面とは対照的に、その段は、基板の表面に対して直角に形成される必要はない。

図１から見られるように、従来の端子接続の場合、コンポーネント２の一部が段の上部分に位置し、一方で他の領域が段を越えて突出する。段の高さよりも厚いはんだ材料が用いられる場合、この高さの違いは、容易に補償され得る。しかしながら、段の高さよりも薄い結合剤が用いられる場合、さらなる対策を欠く時は、不安定な構成が生じ、それにより、機械的ストレスによってコンポーネント自体が損なわれるか、または接点４とコンポーネントの対応する端子との間の導電性接続が損なわれ得る。

本発明に従って、端子接続の目的のために、まずはんだ材料が基板１の接点および／またはコンポーネント２の端子に適用される。その後、コンポーネント２が基板の表面と接触され、圧力がコンポーネントに加えられ、構成がそれから加熱される。加熱は、例えばレーザを用いてもたらされ得る。ＢｉＩｎ合金、ＩｎＳｎ共融または金属間フェーズ（例えばＢｉＩｎ）などの低い融点を有するはんだ材料が用いられる場合、基板が融けるほど加熱される前にはんだは溶け、凝固する。はんだ材料の凝固の後にのみ、基板の塑性変形が始まり、コンポーネントは、その下に位置する導体トラック３とともに基板内にポジティブロック式で圧入される。結果は、図２に図示されている。

図１は、端子接続前のコンポーネントおよび起伏のある基板を示す。 図２は、起伏のある基板上に端子接続されたコンポーネントを示す。

符号の説明

１． 基板
２． 電気コンポーネント
３． 導体トラック
４． 接点

Claims (12)

1. 電気コンポーネント（２）、特に半導体コンポーネントを導体構造（３）を有する基板上に端子接続するための方法であって、該方法においては、第１の工程において、融点が、基板が破損されない温度である結合剤が、該電気コンポーネントと基板の該導体構造（３）との間に導入され、第２の工程において、結合剤が溶け、その後凝固するように作られ、その結果、恒久的な導電性接続を生じる、方法は、接合温度は故意に基板のガラス転移温度より高くに上昇され、その結果、該電気コンポーネント（２）に加えられる圧力で、該基板（１）が塑性変形をし、該電気コンポーネントが該導体構造（３）とともに該基板（１）内にポジティブロック式に圧入されることを特徴とする、方法。
2. 前記導体構造が少なくとも１つの導体トラック（３）および少なくとも１つの接点（４）を有し、かつ前記結合剤が、前記電気コンポーネント（２）の接点と該導体トラック（３）の接点との間に導入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記結合剤が前記基板（１）の塑性変形が始まる前に凝固するように作られることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. １２０℃以下の融点を有する柔らかい材料から作られた基板が用いられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記基板がＰＶＣ（塩化ビニル）またはＰＥＴから構成されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも２つの異なる元素の金属または半導体材料から作られるはんだ材料が結合剤として用いられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. ビスマスを含むはんだ材料が用いられることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. ビスマスおよびインジウムを含む組成物、ビスマスおよびスズを含む組成物およびインジウムおよびスズを含む組成物群から、はんだ材料が用いられることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
9. 金属間化合物またはＢｉＩｎまたはＢｉＩｎ_２組成物のフェーズであるはんだ材料が用いられることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 熱可塑性接着剤が前記結合剤として用いられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
11. 前記コンポーネント（２）および前記基板（１）を含む構成を加熱するために、該コンポーネントの方向に該基板を通って動作する赤外領域内で作動するレーザを用いることを特徴とする、請求項１〜１０に記載の方法。
12. 前記コンポーネント（２）および前記基板（１）を含む構成を加熱するために、該コンポーネントを通って該基板の方向に照射する１μｍより小さい波長を有するレーザが用いられることを特徴とする、請求項１〜１０に記載の方法。

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