JPH04229693A - 電子デバイスの表面実装方法 - Google Patents

電子デバイスの表面実装方法

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JPH04229693A
JPH04229693A JP3105141A JP10514191A JPH04229693A JP H04229693 A JPH04229693 A JP H04229693A JP 3105141 A JP3105141 A JP 3105141A JP 10514191 A JP10514191 A JP 10514191A JP H04229693 A JPH04229693 A JP H04229693A
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electronic device
leads
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plate
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ジョン　ワレン　ベンコ
Alexander Coucoulas
アレクサンダー　コウコウラス
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は導体を基板のボンディン
グパッドに接続する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子システムは一般的に、複雑な集積回
路を半導体チップ上に画成し、チップを回路パッケージ
基板にボンディングし、次いで、このパッケージを印刷
回路基板にボンディングすることにより製造される。最
も一般的なボンディング技術はワイヤボンディングであ
る。この方法では、器具熱圧着によりワイヤをチップの
ような素子のボンディングパッドに接続し、次いで、ワ
イヤを引っ張り、別の素子のボンディングパッドに接続
させ、２個のボンディングパッド間にアーチ状の自立ワ
イヤブリッジを形成する。
【０００３】たちまちのうちに広く使用されるようにな
った別の方法はリフロー半田付け法または表面実装法と
して知られている。この方法では、デバイスのリードは
半田で“スズメッキ”され、ボンディングパッドのアレ
ー上に配置されている。その後、加熱し、リードとボン
ディングパッドとの間で半田を溶融またはリフローさせ
、半田接続を形成する。
【０００４】回路組立体を直接加熱し、半田を溶融また
はリフローさせることは、例えば、熱風対流および赤外
線加熱などにより行われた。このような方法の欠点は、
チップの能動素子も含めたユニット全体を半田の融点以
上の温度にまで加熱しなければならないことである。こ
の欠点を避け、局部的に加熱するために、レーザビーム
半田付け法が提案された。この方法では、熱はレーザビ
ームによりボンディングパッド上のリードに対して直接
加えられる。異なる表面特性により生じる吸収および反
射の相違により様々な問題が発生する。また、ビームを
所望の正確さで照射位置決めすることも困難であり、更
に、レーザビームは基板を燃焼または炭化することもあ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】基板上にデバイスを表
面実装する一層簡単な方法に対する需要は、集積回路上
の回路の密度が高まるにつれて、一層高まるものと思わ
れる。チップおよびチップキャリアから伸びるリードの
本数が多くなるにつれて、表面実装技術を用いて整然と
、かつ、均一にリードを半田付けすることは一層困難に
なる。リフロー半田付け法よりも熱圧着法のほうが優れ
ている点の一つは、半田付けされている各リードに均一
な力を加えられるが、これに対して、リフロー半田付け
法では、異なるリードが異なった加圧力で、異なったボ
ンディングパッド上に配置することがある。何れの方法
によっても、密度が高くなるにつれて、リードをボンデ
ィングパッドに対して正確に配列させることは困難にな
る。
【０００６】これらの問題点の全てではないが、幾つか
の問題点の解決を目指した方法が米国特許第４７８５１
５６号明細書に開示されている。この明細書には、半田
付けすべき予備スズメッキされたリード上で溶融シリカ
部材を使用することが開示されている。シリカ部材に衝
突したレーザビームは熱に変換される。この熱は半田を
リフローさせ、半田接続を形成するのに十分である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、片持ちばり状
に電子デバイスから伸びる複数本のリードを有する電子
デバイスを表面実装する方法を改良する。リードの自由
端をスズメッキし、各リードがボンディングパッドの上
部に位置するように、ボンディングパッドの列に対して
整列させる。次いで、ガラス板でリードをボンディング
パッドに押し付ける。このガラス板はアレーのリードを
橋掛けし、各リードを対応するボンディングパッドに接
触するように押圧する。リードに対してガラス板を押圧
している間、ボンディングパッドの列の直上のラインに
沿ってガラス板をレーザビームで走査する。レーザ光線
は、ガラス板がレーザ光線を熱に変換するのに好適な波
長のものである。これにより半田を溶融し、接続を果た
させる。ガラス板は可視光線に対して透明なので、オペ
レータはガラス板を通して、ボンディングパッドに対し
て整列するリードを目視することができる。
【０００８】別の特徴によれば、ガラス板中に開口が形
成されている。電子デバイスは開口中に実装され、開口
の反対側が対向するデバイスのリードアレーを押圧する
。このような構成により、電子デバイスは摩擦により開
口中に維持することができる。その後、オペレータはガ
ラス板を操作し、リードとボンディングパッドを整列さ
せることができる。更に、２個以上の電子デバイスをガ
ラス板中の２個以上の開口内に保持し、様々なリードア
レーを基板の対応するボンディングパッドアレーとの同
時位置合わせを行うこともできる。半田付け処理を行っ
た後、ストッパー要素を電子デバイスに対して接触させ
ることにより、半田接続を損傷することなく、ガラス板
を除去することができる。
【０００９】本発明は、リードがボンディングパッドに
対して正確に配置された基板に電子デバイスを手動的に
、または自動的に配置する何れの方法にも向いている。 リフロー処理中、ガラス板はリードアレ−を押圧し、ボ
ンディングパッドに対してリードアレーを均一な力で圧
接させる。本発明のこのような構成は、その他の表面実
装技術よりも著しく優れている。本発明の方法によれば
、アレーのその他のリードに対して上方に向かって折れ
曲がったリードは十分な接続を確保できるほどボンディ
ングパッドに接触できない。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。図１および図２を参照する。ここには、基
板１２のボンディングパッド１１に半田付けすべき、カ
プセル封止された半導体チップのような電子デバイス１
０が図示されている。基板１２は回路パッケージ基板で
あるか、または、別法として、電子デバイス１０が回路
パッケージであり、基板１２が印刷回路基板であること
もできる。各ボンディングパッド１１は基板上の回路の
一部分を構成する。簡潔にするため、基板上の回路は図
示されていない。素子１０は電気リードを含む。このリ
ードは“スズメッキ”されている。すなわち、ボンディ
ングパッドに対向するリードの表面は半田で被覆されて
いる。
【００１１】本発明によれば、レーザビームをガラス板
１７の所定箇所に照射することにより、半田被覆を溶融
し、そして、リード１４をボンディングパッド１１に半
田付けする。ガラス板はレーザビーム１６を吸収し、著
しく損傷されることなく、レーザビームを熱に変換する
。次いで、この熱はリード１４に伝熱され、リード上の
半田被覆を溶融するのに十分な熱量を有する。半田付け
処理後、ストッパー部材１９を電子デバイス１０に当接
させる。これにより、ガラス板１７は半田接合部を損傷
することなく除去することができる。その後、このガラ
ス板は別の半田付け処理に再使用することができる。
【００１２】集積回路デバイスの製造において通例のよ
うに、リード１４は第１および第２のほぼ直角に曲げら
れた屈曲部を有する。第１のリード部分２０は電子デバ
イスから第１の直角屈曲部まで延び、第２のリード部分
２１は第１および第２の直角屈曲部を相互接続し、そし
て、第３のリード部分２２は第２の直角屈曲部から延び
、ボンディングパッドに接触している。図２に示されて
いるように、開口２４がガラス板１７内に画成されてい
る。開口は電子デバイス１０の周囲に嵌合し、これによ
り、開口を画成するガラス板の内面がリード１４の第２
のリード部分２１に当接する。
【００１３】この開口は、開口がリードアレーの周囲に
嵌合された時に、リードアレーを僅かに反対側に押圧す
るような大きさを有する。リードは十分にスプリング様
であり、弾性限界内で十分なヤング率を有する。これに
より、電子デバイスは摩擦により開口内に保持すること
ができる。その結果、ガラス板１７は電子デバイスのホ
ルダーとして使用することができ、しかも、オペレータ
は目視により、リード１４を対応するボンディングパッ
ド１１に対して整列させることができる。ガラス板は可
視光線に対して透明であり、このため、オペレータはガ
ラス板を通してリードとボンディングパッドとの整列状
態を観察することができる。
【００１４】整列完了後、好ましくは、下方押下力をガ
ラス板１７に対して加え、各リード１４を対応するボン
ディングパッド１１に対してしっかりと押し付ける。従
って、アレーのリードのうちの何れかが僅かに上方に向
かって屈曲していても、この屈曲しているリードはボン
ディングパッドにしっかりと押接される。現在使用され
ているカプセル封止集積回路チップは、その４個の面の
各々から延びる２４本のリードを有する。
【００１５】このため、片持ちばり自由端のうちのひと
つが僅かに屈曲し、その結果、押圧力がなければ、屈曲
した自由端をボンディングパッドに完全に接触させられ
ないという可能性はかなり大きい。押圧力を加えること
の別の利点は接続形成用の半田量を最小にできることで
ある。常用の表面実装では、全てのボンディングパッド
に対する接続を確保するために十分に厚い半田被覆を使
用した場合、過剰量の半田が隣接するボンディングパッ
ド間で短絡を起こす危険を冒すことがある。
【００１６】光ビーム１６は一般的に、主波長１０．６
ミクロンで約１５ＷのＣＷ出力を有する光を放射する炭
酸ガスレーザにより発生される。溶融シリカガラスはこ
のような波長の光を十分に吸収し、本発明の例証的実施
例により、吸収した光を熱に変換する。厚さが４０ミル
のガラス板１７を実験的に使用した。この厚さのガラス
板は各リードに伝熱用の適度に短い経路と共に、構造的
強度も与える。デバイスのサイズが更に小さくなるにつ
れて、レーザ出力およびガラス厚の好ましい値も低下す
ると予想される。実際的なガラス厚は約５〜４０ミルの
範囲内であると思われる。ボンディングパッドおよびリ
ードの厚さはガラス板１７と基板１２の間に固有の隙間
２５をもたらす。このため、ガラス板による基板の著し
い加熱は防止される。実験によれば、図示されたような
装置の場合、基板１２に加えられた熱はエポキシ樹脂が
充満されたガラスで作製された常用の印刷回路に損傷を
与えるには不十分であることが確認された。
【００１７】図２に示されるように、ビーム１６は走査
線２７に沿ってガラス板１７を走査し、半田ボンドに熱
を供給する。レーザビームを直線に沿って所定の方式で
走査させるための装置は勿論周知であり、簡潔化のため
に図示されていない。走査線２７に沿った熱の発生は熱
を局在化させ、その結果、基板１２または電子デバイス
１０は全く損傷されない。一方、ガラス板を使用しなか
ったとしたら、走査線２７に沿った走査により光は基板
に直接入射し、基板、特に、印刷回路基板を損傷するで
あろう。
【００１８】電子デバイス１０は例えば、主寸法が７５
０×７５０ミルのカプセル封止されたチップである。こ
のデバイスは一般的に、各側面から延びる２４本のリー
ドを有する。各リードの厚さは７ミルで、幅は８ミルで
ある。説明するまでもなく、ガラス板は、ボンディング
パッド１１に対応するリードの自由端を心合わせするた
めの補助具として、オペレータにより都合良く使用でき
る。明瞭化のために、各種のボンディングパッド１１は
図２に示されていないが、基板１２は４列のボンディン
グパッドを有している。この各ボンディングパッドの上
に、リードの自由端の一つを配置させる。
【００１９】開口付ガラス板は、基板上に電子デバイス
を適正に位置決めする際に、オペレータを大いに助ける
ことができる。一方、このガラス板は、自動またはロボ
ット配置を助ける、また、自動配置用に重要な補助具で
あることもできる。この場合、ガラス板１７を可視光線
に対して透明にする必要はないであろう。レーザ波長と
開口付ガラス板材料との異なる組み合わせは、ガラス板
がレーザ光線の全部または大部分を熱に変換するように
選択することもできる。
【００２０】図３は、ボンディングパッドアレー上にリ
ードアレーを自動配置するのに使用できる本発明の使用
方法の一例の模式図である。基板３０は一般的に、矩形
のボンディングパッドアレー３１および３２を有する。 このボンディングパッドの上に、電子デバイス３４およ
び３５のリードアレーを心合わせすることが望ましい。 ガラス板３６は、前記と同じ方法で電子デバイス３４お
よび３５をそれぞれ保持するための開口３７および３８
を有する。割送りロッド４０および４１は、ガラス板３
６を垂直移動可能にし、ガラス板３６と基板３０との所
定の位置合わせを確実にする。開口３７および３８は、
デバイス３４および３５のリードアレーをそれぞれ基板
３０のボンディングパッド列アレー３２および３１と心
合わせするように、ガラス板３６内に配置されている。
【００２１】例えば、最初に、開口３７および３８内に
デバイス３４および３５をそれぞれ挿入し、次いで、リ
ードアレーの自由端（図示されていない）がボンディン
グパッドアレー３２および３１に接触するまでガラス板
を下降させる。前記のように、ガラス板は、図２に示さ
れたような態様で各開口の外縁の周囲をレーザが走査し
ている間中、対応するボンディングパッドに対して各リ
ードを押接させる。図１に図示されたような態様で、半
田付け処理の終了後に、ガラス板３６が上方へ向けて取
り除かれる際に、ストッパー部材１９により、基板に対
してデバイスを保持する目的のために、ストッパー部材
（図示されていない）を各デバイスの上部に配置するこ
ともできる。
【００２２】４個の側面の全てから延びる片持ちばりリ
ードを有する電子デバイスを図示したが、言うまでもな
く、対応するボンディングパッドのアレーに接続すべき
リードアレーを有する電子デバイスならば全てについて
本発明は使用可能である。電子デバイスに対する開口の
保持作用は４個の全側面から延びるリードを必要としな
い。従って、リードが対向する２側面にしかないか、あ
るいは、１側面にしか含まれていない場合であっても、
本発明は極めて首尾良く実施できる。当業者ならば、レ
ーザビーム１６を開口２４の外縁の周囲の連続的矩形ラ
インに沿って走査させる走査メカニズムを工夫すること
ができる。或る例では、ガラス板の重量は加熱処理中に
リードに十分な下方押圧力を加えるので、その他の押圧
力をリードに加える必要はない。当業者ならば、本発明
にもとることなく、様々なその他の実施例および変形例
を想到することができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
開口付ガラス板を使用し、電子デバイスのリードを基板
上のボンディングパッドと心合わせし、ガラス板でリー
ドをボンディングパッドに押し付け、リードに対してガ
ラス板を押圧している間、ボンディングパッドの列の直
上のラインに沿ってガラス板をレーザビームで走査する
。ガラス板に入射したレーザビームはガラス板により熱
に変換され半田を溶融し、リードをボンディングパッド
に接続する。レーザビームはガラス板を通して入射され
るるので、レーザビームによる電子デバイスおよび基板
上の印刷回路の損傷は殆ど起こらない。また、本発明で
使用されるガラス板は可視光線に対して透明なので、オ
ペレータはガラス板を通して、ボンディングパッドとリ
ードとの心合わせ状態を目視することができ、作業性を
向上させることができる。半田付け処理を行った後、ス
トッパー要素を電子デバイスに対して接触させることに
より、リード／ボンディングパッド間の半田接続を全く
損傷することなくガラス板を取り除くことができる。 この結果、歩留りが向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例証的実施例による半田付け方法を実
施するための装置の模式的断面図である。
【図２】図１の装置の上面図である。
【図３】本発明の別の実施例による半田付け方法を実施
するための装置の模式図である。
【符号の説明】
１０　　電子デバイス １１　　ボンディングパッド １２　　基板 １４　　リード １６　　レーザ光線 １７　　ガラス板 １９　　ストッパー部材

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　片持ちばり状に側面から延びる複数本
    のリードを有する電子デバイスを基板表面上の取付パッ
    ドの列に表面実装する方法であって、各リードがボンデ
    ィングパッドの上部に位置するように、リードの自由端
    をボンディングパッドと心合わせし；前記複数本のリー
    ドを橋架けするプレートでリードをボンディングパッド
    に押圧し、各リードを対応するボンディングパッドに押
    接させ；各リードと、接続を形成するボンディングパッ
    ドとの間に半田を配置し；押圧工程と同時にレーザビー
    ムでプレートを走査し、該プレートはレーザビームエネ
    ルギーを、リードをボンディングパッドに半田付けする
    のに十分な熱エネルギーに変換する；工程からなること
    を特徴とする表面実装方法。
  2. 【請求項２】　　各リードの表面部分は、対応するボン
    ディングパッドに接触する前に、前記半田で被覆されて
    いる請求項１の方法。
  3. 【請求項３】　　各リードは第１および第２の概ね直角
    の屈曲部を含み、第１のリード部分は電子デバイスから
    第１の直角屈曲部まで延び、第２のリード部分は第１お
    よび第２の直角屈曲部を相互接続し、そして、第３のリ
    ード部分は第２の直角屈曲部から延び、ボンディングパ
    ッドと接触しており；前記押圧工程は第２および第３の
    リード部分に対してプレートを当接させることからなる
    請求項１の方法。
  4. 【請求項４】　　リードの第１および第２のアレーは電
    子デバイスの対向する側面から延び；開口をプレート中
    に形成し；開口を画成するプレートの内面が第１および
    第２のアレーのリードの第２のリード部分に当接するよ
    うに、電子デバイスの周囲に開口を嵌合させる；請求項
    ３の方法。
  5. 【請求項５】　　開口の大きさは、開口がリードの第１
    および第２のアレーを僅かに押圧し、これにより電子デ
    バイスは摩擦力により開口中に懸垂されるような大きさ
    である請求項４の方法。
  6. 【請求項６】　　プレートは透明なガラスから出来てお
    り、これによりリードの自由端は心合わせ工程中にオペ
    レータが目視できる請求項１の方法。
  7. 【請求項７】　　レーザビームは炭酸ガスレーザにより
    発生され、プレートは溶融シリカから出来ており、これ
    により、レーザビームはプレートにより効率的に熱エネ
    ルギーに変換される請求項１の方法。
  8. 【請求項８】　　電子デバイスの対向する側面から延び
    るリードの少なくとも第１および第２のアレーを有し、
    各リードはボンディングパッドと接触可能な自由端部分
    と、該自由端部分に対して概ね垂直に延びる第２の部分
    を有する電子デバイスを、基板のボンディングパッドの
    アレーと心合わせし、このアレーに半田付けする方法で
    あり、プレート中に開口を形成し、該開口は電子デバイ
    スを取り巻くには十分な大きさであるが、一次元の幅は
    第１および第２のアレーの対応するリードの自由端部分
    間の距離よりも若干小さい；電子デバイス上に該開口を
    嵌合させ、第１および第２のアレーを若干押圧し、これ
    により、摩擦力により電子デバイスを支持し；ボンディ
    ングパッドに対してプレートを移動させ、ボンディング
    パッドアレーの対応するボンディングパッドに対して各
    リードを心合わせし；基板方向に向かってプレートを押
    圧し、各リードを対応するボンディングパッドにしっか
    りと接触させ；押圧工程中に、プレートをレーザビーム
    で走査し、リードをボンディングパッドに半田付けする
    のに十分な熱を発生させる；工程からなることを特徴と
    する電子デバイスの心合わせ・半田付け方法。
  9. 【請求項９】　　各リードの表面部分は、対応するボン
    ディングパッドに接触する前に、前記半田で被覆されて
    いる請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】　　プレートは透明なガラスから出来て
    おり、これにより、心合わせ工程中にオペレータは対応
    するボンディングパッドと重なり合うリードを目視する
    ことができ；レーザビームは透明なガラスにより熱に変
    換される波長を有する請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】　　電子デバイスは４個の側面を有し、
    第２および第３のリードアレーはデバイスの対向する側
    面から延びており；開口は、第３および第４のリードア
    レーを若干押圧するように形成されている請求項１０の
    方法。
  12. 【請求項１２】　　各リードは第１および第２の概ね直
    角の屈曲部を含み、第１のリード部分は電子デバイスか
    ら第１の直角屈曲部まで延び、第２のリード部分は第１
    および第２の直角屈曲部を相互接続し、そして、第３の
    リード部分は第２の直角屈曲部から延び、ボンディング
    パッドと接触しており；前記押圧工程は第２および第３
    のリード部分に対してプレートを当接させることからな
    る請求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】　　プレート中に２個の開口が形成され
    ；両方の開口とも電子デバイス上に嵌合され、対向する
    アレーのリードを若干押圧し；両方の電子デバイスとも
    、そのリードが対応するボンディングパッドに対して心
    合わせされるように配列される請求項８の方法。
  14. 【請求項１４】　　プレートと取り除く工程は、プレー
    トが電子デバイスから取り除かれるにつれて、電子デバ
    イスに対してストッパー部材を当接させ、これにより、
    半田付けされたリードをボンディングパッドから引っ張
    ることを避けることからなる請求項８の方法。
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