JPH07336034A - 移転可能なハンダ運搬媒体を用いる電子デバイスの相互接続方法 - Google Patents

移転可能なハンダ運搬媒体を用いる電子デバイスの相互接続方法

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JPH07336034A
JPH07336034A JP7132502A JP13250295A JPH07336034A JP H07336034 A JPH07336034 A JP H07336034A JP 7132502 A JP7132502 A JP 7132502A JP 13250295 A JP13250295 A JP 13250295A JP H07336034 A JPH07336034 A JP H07336034A
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JP
Japan
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solder
particles
carrier sheet
contact pads
carrier
Prior art date
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Application number
JP7132502A
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English (en)
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Sungho Jin
ジン サンギョー
Mark Thomas Mccormack
トーマス マッコーマック マーク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明によれば、１つ以上の接点パッドを有
する電子デバイスが、移転可能なハンダ粒子のアレイを
支持する運搬シートとの接触状態に置かれる。 【構成】 ハンダを接点パッドの付着させるために加熱
され、ハンダは選択的に接点パッド上に移転される。好
適な実施例では、ハンダ運搬媒体はエラストマー材料か
らなりまた、ハンダ粒子はハンダ被覆された磁気粒子か
らなる。エラストマーが硬化する間に磁界を印加する
と、ハンダ被覆された粒子の規則的な配列が生じる。こ
の方法を用いて、従来より小さい接点構造を有するデバ
イスを容易に相互接続することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子回路とデバイスの
接続方法に関し、特に、運搬シート上に配置された移転
可能なハンダ粒子アレイを用いる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】コンピ
ュータ、コンシューマーエレクトロニクス、遠隔通信機
器や自動車を含むあらゆる最新のエレクトロニクス製品
は、回路の相互接続を必要とする。チップから離れた相
互接続やパッケージ密度は長年にわたって向上したが、
回路特徴サイズのミクロンレベルへの劇的な減少がメモ
リデバイスにおけるＩＣ回路密度を２５０Ｋから６４Ｍ
Ｂに増加させたチップ上半導体素子の改良よりははるか
に進歩が遅くなっている。今日のハンダ相互接続用回路
接点パッドの典型的な幅は、印刷配線基板については約
２５ミル（６２５μｍ）であり、シリコン−オン−シリ
コン フリップチップデバイスについては約４ミル（１
００μｍ））である。シリコンデバイスのこのミクロン
レベルの特徴は接点パッドのために必要とされる数百ミ
クロンとは著しく不釣り合いなため、デバイス集積が非
常に非効率なものになっていた。小さな半導体素子の周
囲のほとんどの“地所”が広範囲のハンダ付け接点パッ
ドのファンアウトに費やされている。また、このファン
アウトは電子の進行経路をより長くすることになり、そ
のため、デバイス速度がコンパクト高密度相互接続方式
で実現できるものより遅くなってしまう。
【０００３】合わせ接点パッド間の配線基板相互接続の
ほとんどは、共融鉛−すずハンダ（３７Ｐｂ−６３Ｓ
ｎ）等のハンダ材料を使用している。このハンダ材料は
ウェーブハンダ付けか表面実装技術のどちらかによって
溶かされたり固められたりする。これらの技術は、参照
によりここに含まれる、１９８６年ニューヨークのエイ
チ・エイチ・マンコ(H.H.Manko) 及びバン ノストラン
ド ラインホルド(Van Nostrand Reinhold) による印刷
配線及び表面実装用ハンダ付けハンドブックに開示され
ている。表面実装手順は、典型的には、ハンダ相互接続
されるべき基板の各配線パッド上に印刷されるウェット
ハンダペーストを用いるスクリーン印刷技術に基づいて
いる。かけがえとして、ハンダは、フォトリスグラフィ
と組合せた、物理的もしくは化学的な蒸着または電気化
学的溶着によって各接点パッド上に付けることができ
る。
【０００４】もっと小さいパッドサイズを用いる高密度
または超高密度相互接続の達成に対する主な技術的障害
のうちの２点は、ｉ）約６ミルの線幅分解能以下のハン
ダペーストをスクリーン印刷するための工業的に実行可
能な技術の欠如と、ｉｉ）約２ミルの分解能以下の広範
囲フォトリソグラフィが困難でコストが高いことであ
る。したがって、スクリーン印刷またはリソグラフィで
制限されない新規な高密度相互接続技術が要求されてい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】１つ以上の接点パッドを
有する電子デバイスは、移転可能なハンダ粒子のアレイ
を支持する運搬シートとの接触状態に置かれる。ハンダ
を接点パッドを付着させるために加熱され、ハンダは選
択的に接点パッド上に移転される。好適な実施例では、
ハンダ運搬媒体はエラストマー材料からなり、ハンダ粒
子はハンダ被覆された磁気粒子からなる。エラストマー
が硬化する間の磁界の印加は、ハンダ被覆された粒子の
規則的なアレイを生じる。この方法を用いると、従来よ
り小さい接点構造を有するデバイスを容易に相互接続す
ることができる。
【０００６】
【実施例】図面を参照すると、図１は高密度接続を行な
うステップを示すブロック図である。ブロックＡに示さ
れる最初のステップは、１つ以上の接点パッドを有する
電子デバイスを準備することである。図２に示されてい
るように、このようなデバイス９は、典型的に、実質的
に平らな表面１１を有する基板１０からなり、表面１１
上に隆起した複数の導電性接点パッド１２を含む。基板
１０は、典型的に、半導体ウェハ、またはエポキシをベ
ースとした印刷配線基板、またはセラミック基板であ
る。接点パッド１２は典型的には銅被覆されている。こ
のパッドは、耐食性のためと溶融ハンダのぬれを改善す
るために種々の金属またはポリマー仕上げで被覆するこ
とができる。典型的な被覆物は金、すず、ハンダ及びイ
ミダゾールである。デバイスは、パッド間領域１３に多
数の回路構成要素（図示しない）を備えることができ
る。
【０００７】図１のブロックＢに示される次のステップ
は、運搬シート上に移転可能に配置されたハンダ粒子の
アレイを接点パッドに付着させることである。このステ
ップは、デバイス９が運搬シート媒体２１に部分的に埋
め込まれたハンダ粒子２０のアレイと接触する図３に示
されている。粒子は加熱によってデバイス接点パッドに
付着される。運搬媒体２１の表面よりのハンダ粒子２０
の突出は、金属製デバイスパッドのハンダのぬれを容易
にさせる。好適には、運搬シートは、強度と取扱容易の
ため紙等の裏当て層２２を備えることができる。基板１
０は、運搬シートがその上に置かれ、その後基板１０の
接点パッド１２上にハンダ粒子２０を付着または溶融さ
せるために（例えば重量またはローラー作用により）垂
直の圧力または押圧が印加される前に、予熱（及び必要
なら適当にフラックス処理）することができる。かけが
えとして、運搬シートは重量を加えた状態で基板と共に
加熱することができる。
【０００８】ハンダ粒子と接点パッドの寸法は、接点パ
ッドに面するハンダ粒子のみが付着または溶融される
が、パッド間領域１３内の粒子はパッド間領域上に付着
または溶融させない程度に選ばれる。パッド間領域の表
面は典型的にポリマーのような非金属製絶縁材料で被覆
され、したがってハンダは前記表面上に容易に付着また
は溶融されない。
【０００９】図１のブロックＣに示される３番目のステ
ップは、付着したハンダ粒子を接点パッドに選択的に移
転することである。このステップは図４に示され、ここ
では、ハンダ粒子４０が粘着または溶融によって接点パ
ッドに付着され、ハンダ粒子を含んだ運搬材料ははがし
て除去される。パッド間領域１３に面したハンダ粒子２
０は運搬材料２１に埋め込まれたまま、運搬材料と共に
除去される。運搬材料中に残ったこれらのハンダ粒子
は、もし望むなら容易に抽出して再使用することができ
る。
【００１０】ハンダ材料は種々の望ましいハンダ特性、
例えば適当な溶融点、ハンダ付け能力（湿潤性）、機械
的、熱的、電気的特性、製造容易性及び信頼性を有する
どんな材料でも良い。最も広範に用いられている共融３
７Ｐｂ−６３Ｓｎ，Ｂｉ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｓ
ｂを含むＰｂ−Ｓｎハンダ等の既知の材料を用いても良
いし、または、１９９３年２月２２日出願の米国特許出
願第08/020508 号や１９９３年４月３０日出願の第08/0
55495 号に開示されたような新規なハンダ合金を用いて
も良い。
【００１１】ハンダ粒子形状は、比較的一定のサイズと
形状の球体を複製的に製造し、比較的一定に突出する粒
子を備えた移転可能な運搬媒体を作るが容易なように、
球状とされる。望ましいハンダ粒子のサイズ範囲は０．
２〜２００μｍであり、好適には０．５〜５０μｍであ
る。接点パッド金属表面上のハンダのぬれを改善するた
めに、例えば移転可能なハンダ媒体または基板のどちら
かにスプレーコーティングをすることによりＲＭＡ(Ros
in-Mildly-Activated)等のフラックスを用いることがで
きる。
【００１２】運搬材料は、多数のポリマー、カミ、また
は有機もしくは非有機材料のシートから作ることができ
る。その一例は、ジェネラル エレクトリック社で製造
販売されたＲＴＶ６１５のようなエラストマーである。
エラストマーの使用は特に２つの理由で有利である。第
一に、エラストマーは容易に伸びるので、接点パッド上
に付着したハンダ粒子は容易にエラストマーからはずれ
る。第二に、エラストマーの追従性は、パッド高さまた
は基板のねじれの多少の変化にも適応し、運搬媒体中の
ハンダ粒子のほとんどが粘着作業中パッドに接触するの
を保証する。かけがえとして、エラストマーの代わり
に、粘着性のある（またはねばねばする）テープをハン
ダ粒子を運搬するのに用いても良い。この場合には、後
続のリフロー相互接続中の望ましいハンダ付け能力のた
めに残りの粘着性ポリマーを除去するために、ハンダ粘
着または溶融後の追加のクリーニングステップが必要と
なる。このクリーニングステップを達成するのに適する
溶剤は、リフロー相互接続前に加えられるフラックスに
好便に含めることができる。
【００１３】支持層２２は、例えばスプールに巻き取っ
たりスプールからほどいたりするべく容易に取り扱える
ように運搬媒体を強くすることができる。この支持層
は、お按じエラストマー、プラスチックテープ（例えば
ポリエチレン）、紙または他のシート材料とすることが
できる。好適には、層２２は、わずかに粘着性のある表
面を有し、そのため、ハンダ運搬シートに粘着するが望
むならハンダ運搬媒体からはがすことができる。
【００１４】図５は、ハンダ運搬シートが除去された後
付着したハンダ粒子（不活性の水−ホワイトロジンフラ
ックスを用いて〜２ｐｓｉ重量で１５０℃／２分の加熱
によって付着された、１２ミル厚のＲＴＶ運搬媒体に埋
め込まれた〜３５μｍ径の３７Ｐｂ−６３Ｓｎハンダに
よる〜５０％の表面範囲）の平面図を表わす顕微鏡写真
である。ハンダ粒子は２０ミル幅の接点パッド（金被覆
された銅表面）に対して粘着力がある。パッド間領域に
はハンダ粒子がないことが明らかである。
【００１５】図６は、２ミル幅の接点パッド領域に選択
的に付着したより微細なハンダ粒子（図５のサンプルと
同様に処理されたＲＴＶ運搬媒体中の〜１０μｍサイズ
３７Ｐｂ−６３Ｓｎハンダによる〜５０％表面範囲）の
平面図を示す顕微鏡写真である。パッド間領域にはハン
ダがないことが同様に明らかである。
【００１６】図７は、図５の３５μｍ径のハンダ粒子の
溶融及び接点パッドの選択的なぬれの結果としてハンダ
で本質的に完全に覆われた接点パッドを示す顕微鏡写真
（平面図）である。
【００１７】図１のブロックＤの４番目のステップは、
デバイス９の接点パッドを、これらに接続されるべき他
のデバイス（例えば他の電子デバイス）の表面との接触
状態におくことである。これは、図８に示されるよう
に、後続のリフロー相互接続作業において、合わせるデ
バイス３０をデバイス９上に下ろし、ハンダ３１を溶融
させることにより好適に達成される。もし望むなら、デ
バイス９の合わせ面は適当なフラックス３２で被覆され
る。多くの既知の加熱方法のいずれか、例えばオーブン
加熱や赤外線加熱を用いることができる。ハンダ層の厚
さは、もし望むなら、リフロー作業中に適当なハンダ接
合サイズ及び外形を得るために必要な多数回だけ、図１
の初めの３ステップを適用することにより増加させるこ
とができる。
【００１８】ハンダ運搬媒体を準備する多くの異なる方
法がある。例えば、ハンダ媒体は、やや固まったねばね
ばする運搬媒体の表面上にハンダ粉末をまいたり、ハン
ダ粉末をスプレーコーティングしたり、スピンコーティ
ングしたり、ハンダ流を付着させるためにハンダ粉末上
に媒体の粘着面を押しつけたりすることによって、準備
することができる。図９は、媒体２１上へのばらばらの
ハンダ粒子４１の降下率を制御するためにふるい４０を
用いる振りかけ方法を概略的に示す。
【００１９】媒体２１は、好適にはエラストマー等のポ
リマーであり、その上に置かれるハンダ粒子を保持する
ために固まっていない状態または部分的に固まった状態
で用いられる。エラストマーの硬度及び表面張力は、例
えば適当な公式を選ぶか、または露出時間もしくは硬化
温度を変えることによって調整することができる。これ
は、ハンダ粒子が媒体に部分的にのみ埋め込まれ、その
結果、ポリマーで被覆されないハンダ粒子表面の一部が
媒体表面より突出し、接点パッドへのハンダの移転が容
易になることを保証することである。突出を称する他の
方法は、予め硬化した媒体の上部に、硬化していない媒
体（図示しない）の制御された厚さ（好適にはハンダ粒
子直径の１／２以下）を有する層を塗り、その表面上に
ハンダ粒子を配置することである。直径の〜１／３乃至
２／３の典型的なハンダ粒子埋没深さを有する複合構造
が移転可能なハンダ媒体として用いるために硬化され
る。他の方法は、ハンダ粒子を接点パッドに移転される
まで保持するために表面上に粘着性ポリマーまたは有機
コーティングの薄い層を有する粘着テープを用いること
である。
【００２０】例えば統計的に起こり得る粒子の伝播（数
珠つなぎ形成）で引き起こされる隣接する接点パッド間
の望ましくない電気的短絡をできるだけ少なくするため
に、移転可能なハンダ媒体中のハンダ粒子で覆われる領
域部分は、好適には６０％以下の範囲に、より好適には
４０％以下の範囲に制限される。図１のステップ１〜３
を繰り返すことによって、望ましいハンダ厚さを、望ま
しくないパッド間短絡を引き起こさずに作り上げること
ができる。
【００２１】好適には、短絡の確率及びハンダ量の変化
は磁気分離を用いることにより減少する。ハンダ粒子
は、例えば強磁性粒子のエレクトロレスコーティングに
よる、ハンダ被覆された磁気粒子とすることができる。
例えば、５μｍの厚さのハンダ層が直径７μｍの鉄粒子
の表面に被覆された場合、ハンダ対鉄体積部分比は約
４：１になる。基質ポリマーの表面張力に対して適当に
バランスした垂直磁界の存在時、粘性媒体中の磁気粒子
は互いに反発し合い、参照によりここに含まれる１９８
８年４月１２日発行のジン(Jin) 等の米国特許第4,737,
112 号に示されているように規則的な散乱を形成するよ
うに作られる。図１０及び図１１の比較的な顕微鏡写真
に示されるように、垂直磁界の存在は、数珠つなぎ形成
がほとんどない粒子の規則的な（均一な）散乱を達成す
る。磁気分離後、エラストマーは運搬媒体を作るために
硬化させることができる。
【００２２】磁気コアは多くの強磁性体のうちのどれで
も良く、例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｎｉ−Ｆｅ（パー
マロイ），Ｎｉ−Ｚｎフェライト，Ｍｎ−Ｚｎフェライ
ト等の比較的軟質の磁気材料、またはＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ
−Ｃｏ（アルニコ），Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ，ヘキサフェラ
イト，希土類元素のコバルトもしくはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ型
磁石等の永久磁石材料でも良い。軟質磁気材料は磁化が
容易なので好適である。ハンダ材料と磁気コア材料間の
冶金反応は、ハンダのふるまい及び特性を不注意により
劣化させないようにできるだけ少なくすべきである。
【００２３】また、本発明のハンダ運搬媒体は、高い配
線密度用の多層３次元相互接続ばかりでなく領域−アレ
イ相互接続にも適している。従来技術においてあった線
幅分解能の制限は新規な相互接続方法論にはなく、細線
で高密度な接点パッドは容易かつ安価に被覆することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高密度接続を行なうステップを示すブロック図
である。
【図２】導電性接点パッドを有する電子デバイスを概略
的に示す。
【図３】運搬媒体上に配置された移転可能なハンダ粒子
のアレイとの接触状態に置かれた図１のデバイスの概略
図である。
【図４】突出したハンダ粒子が接点パッドに付着した後
に除去される運搬媒体を示す。
【図５】接点パッド上に付着したハンダ粒子の平面図を
示す２５倍の顕微鏡写真である。
【図６】２ミル幅の接点パッド領域上に付着した微細な
ハンダ粒子の平面図を示す１００倍の顕微鏡写真であ
る。
【図７】ハンダ粒子の溶融及び接点パッド領域の選択的
ぬれの結果としてハンダで被覆された接点パッドを示す
顕微鏡写真である。
【図８】電子デバイス上への合わせデバイスの相互接続
を示す。
【図９】ハンダ運搬媒体を製作する一方法を概略的に示
す。
【図１０】磁界のない粘性媒体中に散乱した磁気粒子の
顕微鏡写真である。
【図１１】磁界が印加されたほかは図１０と同じ顕微鏡
写真である。
【符号の説明】
９ 電子デバイス １０ 基板 １２ 導電性接点パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク トーマス マッコーマック アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ，サミット，ニューイングランド アヴ ェニュー 96

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １つ以上の電気接点パッドを有する電子
    デバイスを第２のデバイスに接続するための方法であっ
    て、 １つ以上の接点パッドを有する前記電子デバイスを準備
    する工程と、 前記デバイスを運搬シート上に移転可能に配置されたハ
    ンダ粒子のアレイに付着させる工程と、 付着したハンダ粒子を前記接点パッドに移転させる工程
    と、 前記ハンダ運搬パッドを前記第２のデバイスに接するよ
    うに配置する工程とからなることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記ハン
    ダ粒子は該粒子に熱を加えることによって前記接点パッ
    ドに付着する方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の方法において、前記運搬
    シートはフレキシブルであり、前記付着ハンダは前記電
    子デバイスから前記運搬シートをはぎとることにより移
    転される方法。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の方法において、前記運搬
    シートはエラストマー材料の層からなる方法。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の方法において、前記ハン
    ダ粒子のアレイはハンダ被覆された磁気粒子のアレイか
    らなる方法。
  6. 【請求項６】 電気接点パッドの表面にハンダを付ける
    ためのハンダ運搬用運搬シートであって、 フレキシブル運搬媒体シートと、 前記運搬媒体に付着され、前記媒体の表面から突出して
    いるハンダ粒子のアレイとからなることを特徴とするハ
    ンダ運搬シート。
  7. 【請求項７】 請求項６記載のハンダ運搬シートにおい
    て、前記フレキシブル運搬媒体は前記ハンダ粒子を部分
    的に埋め込んだエラストマー材料の層からなるハンダ運
    搬シート。
  8. 【請求項８】 請求項６記載のハンダ運搬シートにおい
    て、前記ハンダ粒子はハンダ被覆された磁気粒子からな
    るハンダ運搬シート。
  9. 【請求項９】 請求項６記載のハンダ運搬シートにおい
    て、さらに、前記フレキシブル運搬媒体層に接着された
    支持層を含むハンダ支持シート。
  10. 【請求項１０】 請求項１または２または３または４ま
    たは５の方法によって第２のデバイスに接続された１つ
    以上の電気接点パッドを有する電子デバイス。
JP7132502A 1994-05-31 1995-05-31 移転可能なハンダ運搬媒体を用いる電子デバイスの相互接続方法 Pending JPH07336034A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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US08/251548 1994-05-31

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JPH07336034A true JPH07336034A (ja) 1995-12-22

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Family Applications (1)

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JP7132502A Pending JPH07336034A (ja) 1994-05-31 1995-05-31 移転可能なハンダ運搬媒体を用いる電子デバイスの相互接続方法

Country Status (5)

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US (1) US5846366A (ja)
EP (1) EP0685879A1 (ja)
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