JPH0479135B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、導体と基板のボンデイングパツドと
ボンデイングする方法に関する。

［従来技術の説明］ 電子回路システムは、まず半導体チツプ上の複
雑な集積回路構成を決め、次に回路パツケージ基
板にチツプをボンデイングし、さらにプリント回
路配線板にこのパツケージをボンデイングするこ
とにより形成されるのが典型的である。最も一般
的なボンデイング技術としてワイヤ・ボンデイン
グがある。このワイヤ・ボンデイングにおいて
は、熱圧着によりチツプなどの一要素のボンデイ
ングパツドにワイヤがボンデイングされ、その後
ワイヤを引きさらに第２の要素のボンデイングパ
ツド上にボンデイングすることによりこれらの２
つのボンデイングパツド間に弓形の自己支持ワイ
ヤ・ブリツジが形成される。その他のはんだ付け
技術として、チツプから延びるビーム・リードと
して知られている自己支持リードを利用するもの
がある。またテープにより片持ちばりの状態で支
持されたリードを用いるものもある。この方法
は、テープ自動ボンデイング（TAB）として知
られている技術によりチツプに適用される。

これらの技術の多くは、効果的にボンデイング
を行うために力を加える必要がなく、リードとボ
ンデイングパツドとの間にはんだが溶融するため
の熱を加えることが要求されるのみである。

リフローはんだ付けを行うための回路組立品へ
の直接加熱は、例えば高温空気の対流および赤外
線源などにより行われる。この場合の欠点は、作
製されるべき製品の比較的大きな領域がはんだの
融点以上の温度まで加熱されるという点である。
またレーザ光線によるはんだ付けが提案されてい
るが、この場合はんだパツド上のリードに対して
発せられたレーザ光により熱が加えられる。ここ
で種々の表面特性により生じる反射率の相違によ
り問題が生じる場合があり、さらに光線の位置の
制御も困難な場合がある。さらに個々のリードに
レーザを当てるよりも、同時に多くのリードをレ
ーザを利用してボンデイングすることが望まれて
いる。集積回路チツプの超小形化が進むにつれ回
路密度を大きくなり、そのためより有利なはんだ
付け方法が必要となつている。さらに回路パツケ
ージをプリント回路板にはんだ付けする際、回路
板にレーザ光線が当ると回路板を損傷するおそれ
がある。

発明者ゴツトマン（Gotman）の米国特許第
4404453号には、チツプをアルミナ・セラミツク
基板にはんだ付けする方法が記載されている。す
なわちレーザ光線がそれを熱するために基板の裏
面に当てられ、この基板により熱がボンデイン
グ・パツドに伝わり、その結果チツプ・リードと
ボンデイング・パツドとの間のはんだを溶かす。
しかし、この場合でも、以下の欠点を有する。す
なわちはんだの融点以上の実質的高温まで基板を
加熱することが必要であり、このため基板を損傷
するおそれがある。またエポキシ充填メシイユな
どの有機材料から形成されたプリント配線板に適
用することができない。

［発明の概要］ 本発明は、第１の部材と第２の部材のボンデイ
ング方法の改良であり、第３の部材上にレーザ光
線を当てて第３の部材を熱し、この第３の部材か
らの熱を利用して第１の部材と第２の部材のボン
デイングを行う方法である。本発明は、第３の部
材を第１の部材および第２の部材と非接触とし、
第３の部材から第１の部材および第２の部材へ輻
射により熱を伝えるようにしたことを特徴として
いる。

本発明の一実施例において、第３の部材は溶融
シリカから作られたものであり、さらに実質的に
第１の部材と第２の部材を囲む管状の断面形状の
ものである。十分な熱が第３の部材によりこの囲
い内に輻射され、第１及び第２の部材の温度をは
んだの融点以上の温度まで上昇させる。

本発明の他の実施例において、第３の部材はは
んだ付けされるべきリードの列に近接して配され
た平板である、この平板に走査レーザ光線が当て
られる。

［実施例の説明］ 以下発明の実施例について図面を参照して詳細
に説明する。

第１図において、半導体チツプなどの要素１０
が示され、この要素１０は回路パツケージ基板な
どの基板１２のボンデイング・パツド１１にはん
だ付けされるべきものである。この要素１０は回
路パツケージ、基板１２はプリント回路板でもよ
い。要素１０は電気リード１４を含み、このリー
ド１４は錫めつきされており、すなわち、はんだ
要素１５が与えられる。本発明によれば、加熱部
材１７上にレーザ光線を当てることにより、はん
だ要素１５は溶かせれ、リード１４がボンデイン
グパツド１１にはんだ付けされる。この加熱部材
１７は、レーザ光線１６を吸収しさらに損傷する
ことなくレーザ光線を熱に変換するように選択さ
れた材料により形成される。次にこの熱は、加熱
部材１７と基板１２とにより形成される囲い１８
に輻射され、リード１４の温度をはんだ１５が溶
けるまで十分に上昇させる。この加熱部材１７は
空〓（ギヤツプ）２０により基板１２から離され
ていることが好ましく、そうでなければ基板１２
から熱的に絶縁されていることが好ましい。例え
ば加熱部材１７に張り付けられた絶縁パツドなど
が基板１２と加熱部材１７を分離できる。

実験により、基板に加熱による損傷を与えるこ
となく、効果的なはんだ付けを行えることが確認
された。例えば加熱部材１７から熱的に絶縁され
ているときは、エポキシが充填されたガラス・メ
ツシユから形成されたプリント回路板を基板１２
をとするがことができる。このとき基板１２は、
囲い１８がはんだを溶かすほど十分高温であつて
も損傷を受けることはない。このような材料の損
傷は、万一時間が延長になれば、はんだの融点程
度の温度でも起こり得る。

第２図の平面図からわかるように、加熱部材１
７は、管状の断面形状を有し、相当の高温に耐え
使用されるレーザ光線を吸収できるものが好まし
い。発明者らは、レーザ光線が炭酸ガスレーザ２
１により発生するものであれば、加熱部材１７は
溶融シリカが好ましいことを見出した。炭酸ガス
レーザは10.6ミクロンでコヒーレント光を発し、
多くの場合レーザ光線が当る溶融シリカ管（加熱
部材）１７の部分に可視発光を生じさせる。一例
として、平均出力40ワツトを有し、２ミリセカン
ドパルスを５秒間150ヘルツのパルス反復速度と
する非焦点光線が用いられた。リードとボンデイ
ングパツドを顕微鏡で検査したが、チツプと基板
のどちらにも熱による損傷はなく、信頼性あるは
んだ付けが行われていた。加熱時間と最適レーザ
出力は、もちろん加熱部材１７の大きさにより変
わる。しかしいかなる場合でも、十分な熱が囲い
内１８に輻射され、他の要素に不要な損傷を引起
こすことなく、はんだを溶かすようにすべきであ
る。

実験中、特別の環境条件は設定されていなかつ
た。囲い１８の中の各要素は要素１７からの輻射
により熱せられたと考えるが、それらはある程度
熱の対流によつても熱せられている。第２図に示
されるように、管状断面の両端部は開口してお
り、これによつて空〓２０に沿つて空気の循環が
許されていたと考えられる。第２図から認められ
るように、多数のリードが１つの操作におけるリ
フローはんだ付けにより同時にボンデイングされ
得る。実際、多くのはんだ付けされるべきチツプ
が各々加熱部材１７により囲まれ、コンベア・ベ
ルト上に配置されて順次レーザ２１の下に搬送さ
れた。このため、この技術は自動工程に適してお
り、さらに効率および生産性を上げるのに効果的
である。

現在多くの回路パツケージが開発中であるが、
それらはリフローはんだ付けを行うに必要な高温
度で損傷する場合がある。第３図に示されるよう
に、溶融されるべきはんだ要素上に位置する平板
２２を加熱部材として配置することにより、加え
られる熱を局部に限定することができる。第３図
の実施例において、要素２４は、高温により損傷
する可能性のある樹脂カプセルなどを含む回路パ
ツケージであつてもよい。基板２７のパツド２６
にリード２５をはんだ付けすることが望まれてい
る。レーザ２９からのレーザ光線２８は、第４図
に示されているように、はんだ要素２３の線３１
に沿つて加熱部材２２を走査する。線３１に沿う
光線２８の走査により加熱部材２２に熱が発生す
る。この熱は、線３１に沿つた局部的なものであ
り、この線状の熱は下方に輻射され、その線に非
常に近接するはんだ要素を溶かす。すなわち、回
路パツケージとは別の方向に温度勾配が存するた
めに、回路パツケージ２４の温度は、はんだ部分
の温度より十分低いものとなつている。さらにレ
ーザ光線をある接続領域から他へステツプ状に動
かす必要がなく、走査線３１を連続的にすること
ができるので、比較的簡単な装置を用いてかなり
容易な制御が可能となる。実験によれば、この種
の簡単な装置を用いても基板２７に加えられた熱
により、エポキシ充填ガラスから形成されたプリ
ント回路板が損傷を受けることはなかつた。

一方、もしレーザがリード２５を直接走査すれ
ば、レーザ光線が基板２７上にも当たり、実験結
果によれば、プリント回路板へのレーザ光線の直
接照射はプリント回路板を損傷する傾向がある。
第２図に示される実施例と同様に第３図に示され
る実施例も大量生産技術に極めて適用したもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によりはんだ付け
工程を行うための装置を示した概略図；第２図
は、第１図の平面図；第３図は本発明の他の実施
例によりはんだ付け工程を行うための装置を示し
た概略図；第４図は第３図の平面図である。 １０……要素、１１……ボンデイングパツド、
１２……基板、１４……リード、１５……はん
だ、１７……加熱部材、１６……レーザ光線、１
８……囲い、２０……空〓、２１……炭酸ガスレ
ーザ、２２……加熱部材（平板）、２３……はん
だ、２４……要素、２５……リード、２６……パ
ツド、２７……基板、２８……レーザ光線、２９
……レーザ、３１……線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第３の部材上にレーザ光線を当てて第３の部
   材を熱し、この第３の部材からの熱を利用して第
   １の部材と第２の部材とのボンデイングを行う方
   法において、 第３の部材を第１の部材および第２の部材と非
   接触とし、第３の部材から第１の部材および第２
   の部材へ輻射により熱を伝えるようにしたことを
   特徴とするボンデイング方法。 ２ 前記ボンデイングは、第１の部材と第２の部
   材をリフローはんだ付けにより行うことを特徴と
   する請求項１に記載のボンデイング方法。 ３ 前記第１の部材は複数の電気リードのうちの
   １つであり、第２の部材は複数のボンデイングパ
   ツドのうちの１つであり、さらに第３の部材が熱
   を輻射することで複数のリードを複数のボンデイ
   ングパツドに同時にはんだ付けするようにしたこ
   とを特徴とする請求項２に記載のボンデイング方
   法。 ４ 前記第３の部材は、溶融シリカから形成され
   たものであることを特徴とする請求項３に記載の
   ボンデイング方法。 ５ 前記第３の部材は、はんだ付けされるリード
   とボンデイングパツドとを実質的に囲う管状の断
   面形状を有するものであることを特徴とする請求
   項４に記載のボンデイング方法。 ６ リードとボンデイングパツドとの接触領域が
   実質的な直線に沿つて位置し、前記第３の部材が
   この直線に非常に近接して配置され、レーザ光線
   がこの直線と平行な線に沿つて第３の部材を走査
   することを特徴とする請求項４に記載のボンデイ
   ング方法。 ７ 前記第１の部材、第２の部材および第３の部
   材は基板により支持され、この基板は、第３の部
   材と共に、第１および第２の部材を収容する囲い
   を形成し、さらに第３の部材が実質的にその基板
   から熱的に分離されていることを特徴とする請求
   項５に記載のボンデイング方法。 ８ 熱は、前記第３の部材から前記第１の部材お
   よび第２の部材へ、輻射に加えて対流でも伝わる
   ことを特徴とする請求項１に記載のボンデイング
   方法。