JP2009516378A - マイクロ電子部品とキャリア基板との間に接点構造を形成する方法、および、この方法によって形成されるアセンブリユニット - Google Patents

マイクロ電子部品とキャリア基板との間に接点構造を形成する方法、および、この方法によって形成されるアセンブリユニット Download PDF

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Abstract

【課題】
【解決手段】 本発明は、マイクロ電子部品（１１）と支持基板（１２）との間で接点構造（１０）を形成する方法、および、当該方法によって形成される部品ユニット（２４）に関する。本発明によれば、部品とレーザエネルギとの後方衝突により接続領域で熱エネルギが生み出され、部品および支持基板の対向する接続面（１７，１８）間に機械的な接続接点（２３）が形成され、ハンダ材料を少なくとも部分的に溶解させることにより支持基板および部品の接続面（１３，１５）間に少なくとも１つの導電接続接点（２２）が形成され、当該接続面が互いに対して角度を成して配置される。前記方法によって形成される部品は少なくとも１つの接点構造を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、マイクロ電子部品とキャリア基板との間の接点構造を形成する方法およびこの方法によって形成されるアセンブリユニットであって、部品の背面をレーザエネルギに晒すことにより、接続領域で必要とされる熱エネルギが得られ、部品およびキャリア基板の対向する接続面間に機械的な接続接点が形成され、ハンダ材料を少なくとも部分的に溶解させることによりキャリア基板および部品の端子面間に少なくとも１つの導電接続接点が形成される方法およびアセンブリユニットに関する。
前述したタイプの方法は、マイクロ電子部品、センサ、アクチュエータまたはＭＥＭＳ部品を接触させるるために使用されることが好ましい。一般に“ダイボンディング”として知られるこれらの方法を用いると、部品は、キャリア基板上に機械的に固定されるとともに、ワイヤまたはハンダ接続を介してキャリア基板のプリントされた導電経路に対して接続される。そのような接続を１つの作業で形成するため、これまでは、キャリア基板の対向する端子面に対して、部品の底面を、端子面同士の間にギャップが形成されるように位置決めし、それにより、ハンダ材料を溶解させることで電気的な接続を形成できることが必要であった。部品はキャリア基板と直接に接触しないが、接触面のみを介してキャリア基板と接触するため、部品とキャリア基板との間に形成されるキャビティを満たして部品とキャリア基板との間に密接な機械的接続を形成するために、接続材料、例えば接着材料を設ける必要がある。キャリア基板上における部品の構造的な高さは、これらの間にある端子面に起因して比較的大きいので、これに応じて、キャビティにわたって機械的接続を形成するために多量の接着剤を用いなければならない。部品を接触させた後は、ハンダ接続の視覚的な品質管理は不可能である。これは、ハンダ接続が端子面の接触ギャップ内に形成されており部品及び／又は接着材料によって覆われているからである。
ＤＥ １９９ ０１ ６２３ Ａ１は、前述したような接点接続を形成する方法およびデバイスを開示している。この方法において、部品は、接触デバイスに収容され、その後、必要な加工温度を得るために背面がレーザエネルギに晒され、キャリア基板に接触させられる。部品は、吸引によって、接触デバイスに収容されて保持される。加工温度を得るために必要とされるレーザエネルギは、ガラスファイバによって部品内へ導入される。このようにして、キャリア基板および部品の対向する端子面をハンダ材料の溶融によって接触させることができるとともに、機械的な接続接点を形成するために比較的多量の接着材料を移動させることができ、部品を全体的に硬化させることができる。
したがって、本発明の目的は、迅速かつ容易で、安価な製造を可能にする、接点構造を形成する方法であって、それにより、部品の構造的高さはキャリア基板に比べて小さく、導電接続接点が視認できるものとなる、接点構造を形成する方法およびこの方法によって形成されるアセンブリユニットを提供することにある。
この目的は、請求項１の特徴を有する方法および請求項１２の特徴を有するアセンブリユニットによって達成される。
マイクロ電子部品とキャリア基板との間の接点構造を形成するための本発明の方法を用いると、部品の背面をレーザエネルギに晒すことにより、接続領域で必要とされる熱エネルギが得られる。これにより、部品の非常に容易な加熱が可能となり、また、加熱時間が短いことによって、部品およびキャリア基板に許容できない温度負荷がかかることを回避できる。また、部品およびキャリア基板の対向する接続面間に機械的な接続接点が形成され、ハンダ材料を少なくとも部分的に溶解させることによりキャリア基板および部品の端子面間に少なくとも１つの導電接続接点が形成され、これにより、端子面が互いに対して角度を成して配置される。端子面間に形成される角度は、好ましくは９０°であるが、４５°，８０°，１００°，１３５°であってもよいし、または、そのような接続に適する０°よりも大きく１８０°よりも小さい他の角度を成してもよい。端子面が互いに完全に対向するように配置されていないため、キャリア基板上の部品の高さが小さくなり、導電接続接点を視認できるので視覚的な品質管理が可能になる。また、部品を吸引によって受け、部品の背面をレーザエネルギに晒す既知の接触デバイスを用いると、接続接点を特に容易に形成することができる。
ある実施形態では、接点構造を形成する前に、ハンダ材料から成る成形品が端子面上に配置されてもよい。この場合には、接続作業中に供給デバイスによりハンダ材料を供給する必要がない。少なくとも部分的に溶解したハンダ材料成形品は、同様の材料特性によって特に良好に接続することができるとともに、接続後に一緒に融合されてハンダ材料から成る更に大きい成形品を形成することができる。ハンダ材料は、表面張力によって球形状を形成することができ、その後、凝固する。
他の実施形態では、接点構造が形成される前に、ハンダ材料から成る成形品がキャリア基板の端子面上に配置されてもよい。例えば、接触作業に先行するプロセスステップにおいて、キャリア基板の全ての端子面に、ハンダ材料から成る成形品が設けられてもよく、それにより、接触作業が全体として簡略化され得る。
他の有利な実施形態では、接点構造を形成する前に、ハンダ材料から成る成形品が部品の端子面上に配置されてもよい。このようにすると、接続作業を実行する前に、ハンダ材料から成る成形品と部品の端子面との間に良質な接触を形成することができる。
ハンダ材料から成る成形品が機械的に変形されれば特に有利であることが分かった。この場合、部品およびキャリア基板の接続面が相互接触する前にキャリア基板の端子面をハンダで湿らせることができる。部品の機械的変形に起因してハンダ材料から成る成形品がその接続面を超えて突出する場合には、電気的な接続接点の確実な形成を可能にすることは、特に容易である。
機械的な接続接点および導電接続接点が１つのステップで形成される場合には、熱エネルギを用いる部品およびキャリア基板の処理は１つだけで済む。したがって、この方法は特に迅速に行なうことができる。
方法の他の実施形態では、部品の端子面がハンダ材料から成る成形品と接触するように部品とキャリア基板との間で接続面の好ましくは平行な相対移動が行なわれてもよく、また、第２のステップで接続面が接触する。すると、キャリア基板上に部品を最終的に位置決めして固定する前に、最初に導電接続接点が形成され、その後、第２のステップにおいて、機械的な接続接点が形成されることができる。平行な相対移動が振動の態様で行なわれてもよく、それにより、部品の端子面を特に良好に湿らせることができる。
部品とキャリア基板とが互いに対して角度を成して配置され、それにより、その頂点において端子面がハンダ材料から成る成形品と接触し、及び／又は複数のハンダ材料から成る成形品が端子面のそれぞれにおいて接触し、その後、第２のステップで、頂点を中心に部品を回動させることにより接続面が接触すれば特に有利であることが分かった。ハンダ材料から成る成形品のハンダで端子面を湿らせることにより、及び／又は、ハンダ材料から成る２つの融合された成形品の接続により、接続面が接触するより前に、導電接続接点を最初に確実に形成することができ、その後接続面が接触する。
部品またはキャリア基板に対して塗布される接続材料により機械的な接続接点が形成される場合には、比較的しっかりとした機械的接続を形成することができる。接続接点を形成するためには少量の接続材料の使用で十分である。これは、中空空間を接続材料でブリッジする必要がないからである。
ある実施形態では、接続材料として接着材料を用いてもよい。接着材料は、キャリア基板に対して或いは部品の接続面に対して容易に塗布することができる。接着材料は、熱可塑性高分子であってもよいし、または、温度によって若しくは温度とＵＶ放射との組み合わせによって硬化する接着材料であってもよい。また、接着材料は、膜として或いは分配により塗布されてもよく、あるいは、他の膜形成方法によって形成されてもよい。
他の実施形態では、接続材料としてハンダ材料を用いてもよい。機械的な接続接点は、導電接続接点と同じタイプの接続材料で形成されてもよい。キャリア基板と部品とをハンダ材料のみを用いて接続でき、接着材料が使用されない場合には、前述の方法のステップの数を更に減少させることができる。
本発明のアセンブリユニットは、通常、本発明の方法によって形成される接点構造を少なくとも１つ有しており、したがって、アセンブリユニットは、少なくとも１つのマイクロ電子部品とキャリア基板とを有し、部品とキャリア基板との間に１つの機械的な接続接点と少なくとも１つの導電接続接点とが形成され、互いに対して角度を成して配置される部品およびキャリア基板の端子面間に、ハンダ材料によって導電接続接点が形成される。その結果、アセンブリユニットは、１つのステップで製造するのが特に容易となり、視認できる導電接続接点を有する。
アセンブリユニットの１つの実施形態では、部品とキャリア基板との間の機械的な接続接点は接着材料によって形成されてもよい。
アセンブリユニットの他の有利な実施形態では、機械的な接続接点は部品とキャリア基板との間のハンダ材料によって形成されてもよい。
アセンブリユニットの他の有利な実施形態は、方法の請求項１を参照する従属請求項の特徴の記載から得られる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について更に詳しく説明する。
図１、図２および図４を組み合わせて見ると、マイクロ電子部品１１とキャリア基板１２との間の接点構造１０を形成するための一連のプロセスステップを示している。図１は、接点構造１０を形成する直前におけるキャリア基板１２に対する部品１１の配置を示している。部品１１の端子面１３においては、ハンダビード１４として形成されるハンダ材料から成る成形品が端子面１３に対して接触する。キャリア基板１２は端子面１５と接着層１６とを有しており、接着層は、部品１１とキャリア基板１２との間の機械的な接続接点を形成する役目を果たす。端子面１３は端子面１５に対して角度を成して配置され、それにより、部品１１の接続面１７がキャリア基板１２の接続面１８と平行に対向して配置される。
図２に示されるように、部品１１は、接触デバイス１９によって取り扱うために、ここでは概略的に示されるように、矢印２０により示される吸引によって、接触デバイス１９上に固定される。また、部品１１の背面は、ここでは簡略化された形態で矢印２１により表わされるレーザエネルギに晒される。
図２に示されるように、接続面１７，１８同士が接触し且つハンダビード１４と端子面１５とが接触した状態で、ハンダビード１４が部分的に溶解して、端子面１５がハンダで湿るように部品１１およびキャリア基板１２の加熱が行なわれ、導電接続接点２２が形成される。同時に、接着層１６の加熱によって、部品１１とキャリア基板１２との間に機械的な接続接点２３が形成される。
接点構造１０における、接着層１６の硬化と溶解したハンダビード１４の凝固とによって形成されるアセンブリユニット２４が図４に示されている。
方法の第２の実施形態が図３に示され、ここではハンダビード１４がまずキャリア基板１２の端子面１５と接触する。したがって、部品１１は、キャリア基板１２に対して角度αにわたって回動する。ハンダビード１４が溶解されて端子面１５が湿った後、部品１１が角度αにわたって回動されてキャリア基板１２と平行な位置になり、それにより、接続面１７，１８がそれらの間にある接着層１６と接触するようになる。接着層１６の硬化およびハンダビード１４の凝固の後、図４に示されるアセンブリユニット２４が形成される。
図５は、方法の第３の実施形態を示し、ここでは、キャリア基板との良好な接続のためにハンダビード２５がキャリア基板に接続される前に機械的に変形されて図５に示される略楕円の幾何学的形状となる。ハンダビード２５は部品１１の接続面１７を超えて突出し、それにより、接続面１７が対向する接続面と接触する前にハンダビード２５が対向する端子面と接触する。ハンダビード２５の溶解後、ハンダビード２５は表面張力によって元の球形状に戻る。
図６は、方法の第４の実施形態を示し、ここでは、部品１１の端子面１３にハンダビード１４が設けられ、キャリア基板１２の端子面１５にハンダビード２６が設けられる。また、図７も同様に、部品１１をキャリア基板１２に対して近づけていくと、２つのハンダビード１４，２６が接触し、それにより、機械的な接続接点が形成される前に、２つのハンダビード１４，２６が融合してハンダ接続部２７が形成される。ハンダ接続部２７は、電気的な接続接点として更に大きいハンダビード（ここでは図示せず）を形成することができる。
図８は、方法の第５の実施形態を示し、ここでは、ハンダビード２６がキャリア基板１２の端子面１５上に配置され、部品１１は、ハンダビード２６の端子面１３との接触のために供給される。
図９は、方法の第６の実施形態を示し、ここでは、良好な接続を提供するために、接触の際に部品１１が矢印２９により示されるようにハンダビード２６の方向に移動させられる。部品１１の移動は一方向で振動するものでもよい。
接触前における部品およびキャリア基板を側面図で示している。 方法の第１の実施形態における部品およびキャリア基板を接触デバイスと共に示している。 方法の第２の実施形態における部品およびキャリア基板を接触デバイスと共に示している。 接点構造を形成した後における部品およびキャリア基板を示している。 方法の第３の実施形態における部品およびキャリア基板を接触デバイスと共に示している。 方法の第４の実施形態における部品およびキャリア基板を接触デバイスと共に示している。 方法の第５の実施形態における、第１のステップ中の部品およびキャリア基板を接触デバイスと共に示している。 方法の第５の実施形態における部品およびキャリア基板を接触デバイスと共に示している。 方法の第６の実施形態における部品およびキャリア基板を接触デバイスと共に示している。

Claims (14)

  1. マイクロ電子部品（１１）とキャリア基板（１２）との間の接点構造（１０）を形成する方法であって、前記部品の背面をレーザエネルギに晒すことにより、接続領域で必要とされる熱エネルギが得られ、前記部品および前記キャリア基板の対向する接続面（１７，１８）間に機械的な接続接点（２３）が形成され、ハンダ材料を少なくとも部分的に溶解させることにより、前記キャリア基板および前記部品の端子面（１３，１５）間に少なくとも１つの導電接続接点（２２）が形成される方法において、
    前記端子面が互いに対して角度を成して配置されることを特徴とする方法。
  2. 前記接点構造（１０）が形成される前に、ハンダ材料から成る成形品（１４，２５，２６）が端子面（１３，１５）上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記接点構造（１０）が形成される前に、ハンダ材料から成る成形品（２６）がキャリア基板（１２）の端子面（１５）上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 前記接点構造（１０）が形成される前に、ハンダ材料から成る成形品（１４，２５）が前記部品（１１）の端子面（１３）上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. ハンダ材料から成る前記成形品（２５）が機械的に変形されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
  6. 機械的な接続接点（２３）および導電接続接点（２２）が１つのステップで形成されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記部品（１１）と前記キャリア基板（１２）との間で相対的な移動（２９）があり、それにより、前記部品の端子面（１３）がハンダ材料から成る前記成形品（２６）と接触し、第２のステップで接続面（１７，１８）が接触することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
  8. 前記部品（１１）と前記キャリア基板（１２）とが互いに対して角度（α）を成して配置され、それにより、その頂点において、端子面（１５）がハンダ材料から成る成形品（１４，２５）と接触し、そして／または、複数のハンダ材料から成る成形品（１４，２５，２６）が端子面（１３，１５）のそれぞれにおいて接触し、第２のステップで、前記頂点を中心に部品を回動させることにより接続面（１７，１８）が接触することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
  9. 機械的な接続接点（２３）は、前記部品（１１）または前記キャリア基板（１２）に塗布される接続材料により形成されることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 接続材料として接着材料（１６）が用いられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
  11. 接続材料としてハンダ材料が用いられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
  12. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法によって形成される少なくとも１つの接点構造（１０）を有するアセンブリユニット（２４）であって、
    少なくとも１つのマイクロ電子部品（１１）とキャリア基板（１２）とを有し、前記部品と前記キャリア基板との間に１つの機械的な接続接点（２３）と少なくとも１つの導電接続接点（２２）とが形成され、互いに対して角度を成して配置される前記部品および前記キャリア基板の端子面（１３，１５）間で、ハンダ材料によって導電接続接点（２２）が形成されることを特徴とするアセンブリユニット（２４）。
  13. 前記機械的な接続接点（２３）は、前記部品（１１）と前記キャリア基板（１２）との間で接着材料（１６）により形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のアセンブリユニット。
  14. 前記機械的な接続接点（２３）は、前記部品（１１）と前記キャリア基板（１２）との間でハンダ材料により形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のアセンブリユニット。
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