JPH0760933B2 - 電子デバイスの表面実装方法 - Google Patents

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列上
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ガラス部材
を使用することが開示されている。このガラス部材に衝
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（列状）に
配置されたリードを橋掛けし、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列を押圧する。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、様々なリード列を基
板の対応するボンディングパッド列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、ガラス板はリード列を押圧し、ボ
ンディングパッドに対してリード列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、リ
ード列中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、開口がリード列の周囲に嵌合
された時に、リード列を僅かに反対側に押圧するような
大きさを有する。リードは十分に弾性的であり、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、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、リード列中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。石英ガラスはこのよう
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（１．
０ｍｍ）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（０．１２７〜１．０ｍｍ）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（１９ｘ１９ｍｍ）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（０．１８ｍｍ）で、幅は８ミル（０．２ｍｍ）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列上にリード
列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
ィングパッド列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
ド列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３６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のリード列をそれぞれ基板３０のボンディングパ
ッド列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
ード列の自由端（図示されていない）がボンディングパ
ッド列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列に接続すべきリー
ド列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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレクサンダー コウコウラス アメリカ合衆国 07920 ニュージャージ ィ、バスキング リッジ、ロード １ ボ ックス 275 (56)参考文献 特開 昭62−67894（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−149086（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子デバイス（１０）のリード（１４）
   列をボンディングパッド（１１）列にガラス製プレート
   （１７）で押圧しながらレーザビーム（１６）により半
   田付けする方法において、 前記電子デバイス（１０）の対向する側面から延びる少
   なくとも第１および第２のリード（１４）列は、電子デ
   バイス（１０）の側面からほぼ水平に伸びる第１の部分
   （２０）と、ボンディングパッド（１１）と接触可能な
   自由端部分（２２）と、前記自由端部分（２２）と第１
   の部分（２０）との間で、ほぼ垂直に延びる第２の部分
   （２１）を有し、 前記ガラス製プレート（１７）は、その中に開口が形成
   され、この開口の内側は、前記リードの自由端部分（２
   ２）より小さく、前記リードの第２部分（２１）との間
   の摩擦力により電子デバイス（１０）を保持し、 （Ａ） 電子デバイス（１０）を前記開口に嵌合させ保
   持するステップと、 （Ｂ） 前記ボンディングパッド（１１）に対して、前
   記電子デバイス（１０）を保持する前記プレート（１
   ７）を移動させ、ボンディングパッド列の対応するボン
   ディングパッド（１１）に対して各リードの自由端部分
   （２２）を整合するステップと、 （Ｃ） 基板（１２）方向に前記プレート（１７）を移
   動させ、各リードの自由端部分（２２）を対応するボン
   ディングパッド（１１）に押圧接触させるステップと、 （Ｄ） 押圧接触させながら、前記プレート（１７）を
   レーザビーム（１６）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ステッ
   プと、 からなることを特徴とする電子デバイスの表面実装方
   法。
2. 【請求項２】 、電子デバイス（１０）に対してストッ
   パー部材（１９）を当接させながら、前記プレート（１
   ７）を持ち上げるステップをさらに有することを特徴と
   する請求項１の方法。