JP4206202B2 - 2つの基板の端子領域を熱的に接続させる接続方法およびこの接続に使用する接触装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項1の前文による接続方法に関する。また、本発明は、上記接続方法の実施に好適し且つ請求項2の前文に従って実現される接触装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板の端子領域を別の基板の端子領域に接触させるため、例えば、支持基板にチップを接触させるために、チップが支持基板に接続される接続位置、すなわち、チップのチップ端子領域が支持基板に割当てられた端子領域に対向して配置される接続位置にチップを搬送し、この後、チップをその後面から加熱することが知られている。これは、チップの後面の反対側に配置されたチップ端子領域を熱伝導により接続温度まで加熱するために行われる。すなわち、チップ端子領域と支持基板の端子領域との間に配置された接続材料が溶融温度まで加熱され、一体的な電気接続が端子領域間にてなされる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述の目的のために接続装置または接触装置を用いることが知られており、接続装置または接触装置は、いわゆる「サーモード」、すなわち、電流が印加されたときに、特に通常はテーパ状断面のサーモード接触領域で高い熱損失を生じる電気加熱抵抗を有している。この熱損失は、基板たとえばチップの後面を加熱するために利用される。サーモードからチップへの熱伝達が熱伝導形式で生起されるので、異なる要素間すなわちサーモードとチップとの間の熱抵抗は、チップでの接続温度への到達に要する時間に悪影響を及ぼす。これは、実際の応用において、サーモードを数ミリ秒以内にて所要温度まで加熱可能であるが、サーモードとチップ間の熱抵抗に起因してチップを接続温度まで加熱するのに要する時間が5〜10秒の範囲内となり、サーモードの加熱に要する時間の倍数になることを意味している。また、サーモード接触領域に高温負荷が加わることに起因して、サーモード接触領域の変形がしばしば生じ、チップとの表面接触が減じると共に昇温時間に悪影響を及ぼす熱抵抗が更に増大する。
【0004】
これに加えて、チップの熱容量に比べてサーモードの熱容量が極めて大きいので、実際の応用において、チップ昇温時間が長くなることがある。
チップまたはチップ端子領域における接続温度への到達に要する昇温時間が長くなるので、従来法は、高温に敏感な基板たとえばPVCまたはポリエステルの基板への適用に好適しない。結局、PVC、ポリエステルやこれに類した温度に弱い感温性材料からなる支持基板上でチップを使用するチップカードの製造に従来法を利用することは不可能である。
【0005】
具体的には、特開昭60−162574号公報には、ガラスファイバを介して供給されると共にレンズにより焦点調整されるレーザエネルギにチップ部品の後面を晒すようにした装置が記載されている。チップ部品は、負圧装置により適所に保持される。負圧装置は、ガラスファイバチャネルとは別個に実現される。
WO97/12714には、無接触で選択的に部品を半田付けしまたは部品の半田を除去する装置が記載されている。この装置では、堅固な石英ガラス管により赤外線ランプの光が部品に向けられる。石英ガラス管の内部は、部品を石英ガラス管上に保持可能なように部品に負圧を加える機能を有する。
【0006】
米国特許4,906,812号に記載の半田付け装置では、ガラスファイバによりレーザ光が半田付けポイントに向けられる。半田ベーパを運び出すために、半田付けポイントへ至る別個のガス供給ラインと半田付けポイントからの別個のガス放出ラインが設けられている。
特開昭61−219467号公報には、可撓性のあるプリント基板を別のプリント基板に実装する装置が記載されている。ガラスファイバを介して供給されるレーザ光により別個のチャネルを介して接触点が加熱される間、可撓性のあるプリント基板は真空装置により保持される。
【0007】
特開平7−142854号公報には、集積回路を基板に装着する装置が記載されている。電子回路は、対応する位置に移動され、真空ピペットにより同位置に保持される。移動可能に装着されたレーザにより放出されるレーザ光が接続ラグを加熱する。
本発明の目的は、感温性基板を用いる場合にも始めに説明したタイプの接続形成を容易に行えると共に、接触領域を同時にシールしつつ特に耐久性及び安定性に富む接続を確実に行える接続方法および接触装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項1及び2の接続方法及び接触装置により達成される。
本発明の接続方法では、接触基板にレーザエネルギを作用させることにより接触基板を加熱する。この際、接触基板たとえばチップの加熱に要するエネルギをチップに導入するには、チップがレーザ放射を吸収の形式で実現される。すなわち、チップ内には熱エネルギのみが生起される。本発明の接続方法では、最初に述べたチップ昇温時間に係る不利益を生じさせる熱伝達抵抗は発生しない。これは、昇温時間が極めて減少して両基板に加わる熱負荷が極めて小さくなることを意味している。結局、特にチップカードの製造において、感応性の支持基板が危険に晒されるおそれがなくなる。熱負荷が比較的小さいため、支持基板材料をニーズに応じて選択可能である。プラスチック基板に加えて、ペーパー基板をも考慮できるようになる。更に、チップ構造でのドーピング変化は過剰に高い熱負荷の下で生起するので、ドーピング変化のおそれが大きく減少する。チップ構造を加熱することによりチップ端子領域を加熱するので、チップ端子領域にレーザ放射の焦点を合わせる必要がなくなる。すなわち、焦点調整装置を除去可能である。接続位置への両基板の配置及びこれに続く両基板の端子領域間での熱的な接続をなすと同時に、接続位置にて両基板間に配置されている接着材料が移動する。両基板間のギャップを後でシールする製造ステップを別個に行う必要がなくなるので、これは特に有効である。2つの基板間の接続は環境の腐食作用から保護されるので、特に耐久性に富む2つの基板間の接続をこの様にして実現することができる。
【0009】
また、チップの加熱中および互いに対向配置されたチップおよび支持基板の端子領域の接触中、レーザエネルギが作用するエネルギ受け面部の外側にある後面の少なくとも面領域部分にて、チップの後面を支持すれば、特にチップおよび支持基板の接触面間のギャップに関して、このギャップを極めて均一にできるという優れた結果が得られる。
【0010】
ガラスファイバを接続または収容する機能を有した接触装置の接触面による支援の下で上記の支持を少なくとも部分的に実現すれば、本発明の方法を特に効果的に実施可能である。
上記の接続方法を実施する際に、チップを接続位置に搬送するために接触面を介してチップに負圧を加えることが特に有用であることが分かっている。その様な手段によれば、チップおよび支持基板の接続やチップのハンドリングに同一の装置を用いることができる。
【0011】
接続位置にて互いに対向して配置される2つの基板の端子領域間を熱的に接続するための本発明の接触装置は、少なくとも1つのガラスファイバのファイバエンド部と接続されるための接触マウスピースを備える。接触マウスピースは、その接触面に負圧装置に接続される負圧開口を有する。この手段により、本発明の接触装置は、接触基板に接続熱を導入して接触基板を加熱できるばかりではなく、接触対象の接触基板をハンドリング可能である。これは、2つの基板間の接続に関し、特に有効な形態を実現できることを意味する。
【0012】
少なくとも1つのガラスファイバのファイバエンド部を接触基板に対して特に正確に整合でき且つ規定どおりに配置できるようにするため、少なくとも1つのガラスファイバの ファイバエンド部および接触マウスピースの接続はファイバ保持装置の支援の下で実現されると共に、接触面に開口したガラスファイバ収容チャネルがガラスファイバの使用数に対応する数だけ接触マウスピースに設けられる。この場合、ファイバエンド部の端面は、接触マウスピースの接触面から離隔して配置しても良く、あるいは接触面と面一をなして配置しても良い。
【0013】
1つまたは複数のガラスファイバ収容チャネルは負圧装置の負圧ラインを同時に形成する。すなわち、接触マウスピースは特に簡易に設計可能である。
ファイバエンド部の端面が特に接触マウスピースの接触面と面一に配置されている場合、ファイバ保持装置にファイバ前進ユニットを設けることが有用である。ファイバ前進ユニットは、ファイバ保持装置と一体に或いはこれと別個に実現可能である
この場合、ファイバ保持装置が2つの機能を同時に満たすように、ファイバ保持装置に負圧装置のための圧力接続部が設けられている場合、接触マウスピースの設計が更に簡易になる。
【0014】
ファイバエンド部の端面が接触マウスピースの接触面から離隔して配置されるように、少なくとも1つのファイバエンド部を貫通させるファイバ保持装置を備えている場合、保守要件が特に緩和された接触装置の実施形態が実現される。この手段により、ファイバエンド部の端面と加熱対象の接触基板との直接接触が防止される。結果として、ファイバエンド部の端面は加熱されず、ファイバエンド部の端面の加熱により生じることのある汚れが防止される。
【0015】
なお、接触面に負圧開口を有すると共に外表面に圧力接続部を有したカプセル状の中空体の形式で接触マウスピースが実現される場合、特に簡易に設計され且つ容易に製造される参考例の接触装置が実現される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法および装置の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、ここでは接触基板としてのチップ11を支持基板12に接触させる機能を有した接触装置10を概略的に示す。接触装置10は、下端に接触面14を備えた接触マウスピース13を含む。ガラスファイバ収容チャネル17内に配置されたガラスファイバ16のファイバエンド部15は、接触マウスピース13内を接触マウスピース13の長手方向に延びている。ガラスファイバ16のファイバエンド部15は、接触マウスピース13から突出したその上部18がファイバ保持装置19内を貫通して、このファイバ保持装置19に保持されており、ファイバ保持装置19は接触マウスピース13の上端に配置されている。図示例では、ファイバ保持装置19には、接触マウスピース13に対してガラスファイバ16の位置決めをなすファイバ固定構造20が設けられている。また、ファイバ保持装置19には、詳細を図示しない負圧源(負圧装置)との接続部を形成する側方接続部品21が設けられている。ファイバ保持装置19内に環状ギャップ22が形成されるように、ファイバ保持装置19はファイバ直径よりも大きい内径を有している。ガラスファイバ収容チャネル17の孔径がファイバ直径よりも大きいので、環状ギャップ22は、ガラスファイバ収容チャネル17の開口(負圧開口)24の領域に負圧を存在させる環状チャネルギャップ23に連なっている。上記開口24は接触面14にある。この負圧により、チップ11の後面25は、図1に示すようにガラスファイバ収容チャネル17に負圧が加えられたとき、接触マウスピース13の接触面14に吸着して保持される。
【0017】
それ故、このようにして、チップ11と支持基板12との接続のために、チップリザーバ(図示略)やこの様なものからチップ11を図1の開始位置へ搬送することができる。この開始位置において、チップ11のチップ端子領域26、27は、支持基板12に割当てられた端子領域28、29に対向して配置される。
図1は、開始位置にある支持基板12に接着材料の堆積物32が付着され、支持基板12の端子領域28、29が堆積物32により覆われていることを示す。この開始位置では、チップ11は支持基板12から距離を存して、その上方に配置されている。
【0018】
図2は、図1の接触装置10の変形例に係る接触装置30を示す。この接触装置は接続位置に位置付けられる。つまり、負圧により接触面14に吸着したチップ11を有する接触マウスピース31は、接続位置にて、チップ端子領域26、27が支持基板12に割当てられた端子領域28、29に接触するように、支持基板12側へ移動される。この接触がなされることにより、接触材料の堆積物32は図2に示すように移動する。すなわち、チップ11と支持基板12間に形成されたギャップ33を堆積物32の接着材料によりシールすべく、ギャップ33内に接着材料の堆積物32が充填される。チップ11の周縁には、特にギャップ33が高信頼度で側方からシールされるよう、接着材料の堆積物32からなるビードが同時に形成される。
【0019】
図2に示した接続位置では、チップ11とこれに接続されたチップ端子領域26、27が加熱され、また、チップ端子領域26、27に接触している支持基板12の端子領域28、29もまた加熱される。
図1に示した接触装置10の実施形態の場合のように、ガラスファイバ16のファイバエンド部15が接触装置30のガラスファイバ収容チャネル17内に配置されている。しかしながら、ここでは、ガラスファイバ16のファイバエンド部15の端面34は、チップ11の後面25から距離aだけ離れている。ガラスファイバ16は、詳細には図示しないレーザ源に接続され、このレーザ源はガラスファイバ16にレーザ放射を放出する。レーザ放射はファイバエンド部15の端面34から現れて、チップ11の後面25を介してチップ11のチップ構造内へ導入される。チップ構造内でのレーザ放射の吸収により放射エネルギが熱エネルギに変換され、チップ11、これに接続されたチップ端子領域26、27、およびチップ端子領域26、27に接触している支持基板12の端子領域28、29が接続温度に加熱される。従来は、チップ端子領域26、27および/または支持基板12の端子領域28、29に溶融可能な接続材料が設けられ、チップ11の加熱により、接続材料を溶融した後、接続材料を固化してチップ11と支持基板12との間に堅固な一体接続を形成している。接着材料の堆積物32の温度は、チップ端子領域26、27および端子領域28、29の加熱と同時に上昇する。接着材料の堆積物32の材料組成を適宜選択すると、接着材料の温度上昇に伴って接着材料の堆積物32が硬化しまたは少なくとも硬化が加速されることになる。
【0020】
図1及び図2は、開口24を塞ぎ且つチップ11へのエネルギ導入を生起させるエネルギ受け面部51の外側にある接触面14の包囲面領域により、チップ11の後面25が支持されていることを示す。
図1の接触装置10に対比して、図2に示した変形例の接触装置30は幾つかの変更を含んでいるが、ここでの変更は既述の方法に関して効果を有しない。チップ11を図1に示す開始位置に位置付け且つチップ11と支持基板12との接続を図2に示した接続位置にてなすため、接触装置10または接触装置30を利用することができる。
【0021】
接触装置10とは異なり、接触装置30は接触マウスピース31の本体に一体化されたファイバ保持装置35を有している。これに加えて、接触装置30は圧力接続部36を有している。この圧力接続部36は、接触マウスピース31の本体に横孔の形式で実現され且つファイバエンド部15とガラスファイバ収容チャネル37との間に形成される環状チャネルギャップ38を介して、接触マウスピース31の開口24との間の負圧接続をなす。
【0022】
図3は、支持基板12の上方の開始位置にある接触装置39を示す。接触装置10,30とは異なり、この接触装置39には2つのガラスファイバ16が設けられ、これらのファイバエンド部42はその端面34とチップ44の後面43との間に間隔aを存するように、平行なガラスファイバ収容チャネル40、41内に配置されている。接触装置39の接触マウスピース45に対してファイバエンド部42の位置を固定するため、ファイバエンド部42は、接触マウスピース45の上端に接続されたファイバ保持装置46を貫通してガイドされる。
【0023】
図5は参考例として、ガラスファイバ収容チャネル40、41とは独立に実現される負圧チャネル50の形式の接続ラインが、接触マウスピース45の下端の接触面48の開口47と接触マウスピース45に横孔の形式で実現された圧力接続部49との間にて接触装置39に形成されていることを示す。図3、図4に示した接触装置39の実施形態及び図5の接触装置39の参考例は、大きいチップ44すなわち大きい接触基板と支持基板12間の接続をなすのに特に好適する。一方、図1及び図2に示した接触装置10、30は、一つのガラスファイバ16を含み、例えばチップカードの製造において小さいチップを接続させるのに好適する。
【0024】
図3及び図4の接触装置39を対比すると、図3の接触装置39は、ファイバ保持装置46に対するファイバエンド部42の位置調節に応じて、ガラスファイバ16のファイバエンド42の端面34をチップ44(図3)の後面43から離隔させており、一方、図4の接触装置39は、ファイバエンド部42の端面34を図示したようにチップ44の後面43に直ぐ隣接して配置させている。図4に示したようにして接触マウスピース45内にガラスファイバ16を配置する構成では、ファイバエンド42の端面34での摩耗現象を補償するため、詳細に図示しないが、ファイバ保持装置46にガラスファイバ16を前進可能とするファイバ前進ユニットを結合することが特に有用である。
【0025】
図3、図4及び図5に示され且つ幾本かのガラスファイバ16を収容可能な接触装置39の場合と同様に、ファイバ前進ユニットを備えたファイバ保持装置を図1及び図2に示した接触装置10、30に設けることは勿論可能である。これにより、図4に示した構成の場合と同様、接触マウスピース13または接触マウスピース31におけるガラスファイバ16を、そのファイバエンド部15の端面34がチップ11の後面25に隣接するように配置することができる。
【0026】
図6は別の参考例として、カプセル状の中空体として実現される接触マウスピース53を備えた接触装置52を示し、接触マウスピース53は、その上方周縁の領域54にて、例えばボンディングまたはシュリンキングによりガラスファイバ16のファイバエンド部55に接続されている。接触マウスピース53の接触面56の領域は透明式で実現され、一方、接触マウスピース53の内面57に関しては、放射を反射するような内面で実現されているのが好ましい。
【0027】
先に説明した接触装置の場合のように、接触装置52にもその接触面56に開口58が設けられている。図示例では、この開口58が、接触マウスピース53の側方に配置された圧力接続部59と流体接続部を介して接続されており、流体接続部は、ここでは中空体形式で実現されている接触マウスピース53の内部全体を延びている。
【0028】
図6に示した参考例では、透明な接触面56は、チップ44の後面43の表面よりも広くなっている。例えばスキャナ(図示略)により制御されるレーザ放射経路61が、チップ44を避けて、図6での図示を省略した支持基板上に直接延びることを防止するため、レーザ放射経路61に影響を及ぼすダイアフラムまたはその他の好適な装置をレーザ放射経路61の領域に設置可能である。
【0029】
図6の参考例では、ガラスファイバ16のファイバエンド部55に簡易に配置可能なファイバエンドキャップの形式の接触装置52が実用的に実現されるので、装置コストに関して特に経済的に実施できることを示し、また、接触マウスピース53とファイバエンド部55との間の接続をなすキャップ突出部60を選択することにより、ファイバエンド55の端面34と接触面56との間の距離Aを調節することができる。
【0030】
【発明の効果】
本発明の接続方法では、接触基板の昇温時間に係る不利益を生じさせる熱伝達抵抗が発生しないので、特にチップカードの製造において、感応性の支持基板が危険に晒されるおそれがなくなる。
また、本発明の接続方法および接触装置では、ガラスファイバ収容チャネルが負圧装置の負圧ラインを同時に形成しているので、特に接触マウスピースを簡易に設計可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 接触基板(チップ)が支持基板に接触する直前の接触装置を示す。
【図2】 接触装置の別の実施形態を、支持基板に対して接触基板(チップ)の接触がなされた状態で示す。
【図3】 2つのガラスファイバを備えた接触装置の実施形態を、接触基板(チップ)が支持基板に接触する直前の状態で示す。
【図4】 図3の接触装置の変形例を、接触基板(チップ)が支持基板に接触する直前の状態で示す。
【図5】 接触装置の参考例を示す。
【図6】 接触装置の別の参考例を示す。
【符号の説明】
11,44 チップ(接触基板)
12 支持基板
13,31,45 接触マウスピース
14 接触面
15,42 ファイバエンド部
16 ガラスファイバ
17,37,40,41 ガラスファイバ収容チャネル
19,35,46 ファイバ保持装置
24 開口(負圧開口)
26,27 端子領域(チップ側)
28,29 端子領域(支持基板側)
32 堆積物
34 端面
51 エネルギ受け面
Claims (3)
- 支持基板(12)の端子領域に接触基板(11,44)の端子領域を熱的に接続させるための接触方法であって、
前記接続をなすために、接続位置にて、前記両基板(11,44;12)の端子領域が互いに対向して位置付けられるように前記両基板を配置し、
前記接続位置にて、前記接触基板(11,44)をその端子領域とは反対側に位置した後面から所望の接続温度に達するまで加熱するにあたり、ガラスファイバ収容チャネルに収容されたガラスファイバを介して前記接触基板にレーザエネルギを当てて前記接触基板(11,44)を加熱し、
前記接続位置への前記接触基板(11,44)の配置及びこれに続く前記両基板(11,44;12)における端子領域(26,27;28,29)間の熱的な接続と同時に、前記接続位置にて前記両基板間に配置された接着材料の堆積物(32)を移動させ、
前記接触基板(11,44)が加熱され且つ互いに対向して位置付けられた前記両基板の端子領域(26,27;28,29)が接触している間、前記接触基板(11,44)の前記後面を前記レーザエネルギが当てられるそのエネルギ受け面部(51)よりも外側の少なくとも部分的な面領域にて、前記ガラスファイバ(16)を収容した接触装置(10,30,39)の接触面(14)を介して支持し、
前記接続位置に前記接触基板を搬送するために、前記接触基板(11,44)に前記接触面(14)を介して負圧を付与する、接続方法において、
前記負圧の付与及び前記ガラスファイバの収容を同一のチャネルによって提供することを特徴とする接続方法。 - 接続位置にて、互いに対向して配置された2つの基板の端子領域間を熱的に接続するための接触装置であって、
少なくとも1つのガラスファイバのファイバエンド部と接続されるための接触マウスピースであって、その一端の接触面(14)に負圧装置に連通した負圧開口(24)を有する、接触マウスピース(13,31,45)と、
前記ファイバエンド部と前記接触マウスピースとの接続を支援するファイバ保持装置(19,35,46)と
を備え、
前記接触マウスピースが、使用されるガラスファイバの数に対応する数だけ、前記接触面に開口し且つ前記ガラスファイバの前記ファイバエンドを収容するための複数のガラスファイバ収容チャネル(17;37;40,41)を備える、接触装置において、
前記複数のガラスファイバ収容チャネル(17;37;40,41)が前記負圧装置のための負圧ラインを同時に形成していることを特徴とする接触装置。 - 前記ファイバ保持装置(19,35,46)は、前記接触マウスピースの他端にて前記ファイバエンド部(15,42)を貫通させて保持するべく設けられ、前記ガラスファイバ収容チャネル内にて、少なくとも1つの前記ファイバエンド部(15,42)の端面(34)が前記接触マウスピース(13,31,45)の前記接触面(14)から距離を存して配置されるべく、前記ファイバエンド部を固定することを特徴とする請求項2の接触装置。
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