WO2021015286A1 - 電子装置の製造方法、マイクロニードルの製造方法及びマイクロニードル - Google Patents

電子装置の製造方法、マイクロニードルの製造方法及びマイクロニードル Download PDF

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WO2021015286A1
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microneedle
electrode
manufacturing
electronic device
circuit member
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Inventor
及川陽一
宮地邦男
翠 内山
Original Assignee
シンクランド株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/18Printed circuits structurally associated with non-printed electric components

Definitions

  • the present invention is suitable for application to electronic devices such as substrates used in various electronic devices.
  • a large number of protruding electrodes are formed on the electrode surface of the semiconductor chip, and the electrode on the chip side and the electrode on the substrate side are electrically connected via the protruding electrodes.
  • Flip chip mounting that connects to is widespread. By such flip mounting, the number of pins and the size of the connection structure can be increased (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electronic device capable of miniaturization, a method for manufacturing a microneedle, and a microneedle.
  • the method for manufacturing an electronic component of the present invention A microneedle forming step of forming microneedles protruding from at least one of a coating material formed on a first electrode in a first circuit member or an electrode material constituting the first electrode. It is characterized by having a joining step for joining the second electrode in the second circuit member and the microneedle.
  • an irradiated material composed of at least one of a coating material formed on a first electrode in a first circuit member or an electrode material constituting the first electrode is used. It is characterized in that microneedles projecting from the first electrode are formed by irradiating light vortex pulsed light having spirally polarized light.
  • the microneedles project from the surface of the first electrode in the first circuit member and are continuously formed from at least one of the coating material formed on the first electrode or the first electrode. It is characterized by being.
  • the present invention can realize a method for manufacturing an electronic device capable of miniaturization, a method for manufacturing a microneedle, and a microneedle.
  • FIG. 1 is a flowchart showing the present invention.
  • the microneedle 5 protruding from the electrode 3 is formed in step S1 (see FIG. 2), and the microneedle joining process is executed in step S2 (see FIG. 3), whereby the first circuit member. 2 and the second circuit member 22 are joined via the electrode 3 and the electrode 23.
  • the surface of the electrode 3 formed on the first circuit member 2 is joined as a coating layer to cover the electrode 3 by a method such as printing or coating.
  • the material layer 4 is formed.
  • the first circuit member 2 and the second circuit member 22 are not particularly limited, and are various circuit boards such as a ceramic substrate, a silicon substrate, a flexible printed circuit board, and a card substrate, and semiconductor chips and ceramic capacitors bonded on the circuit board. , Resistance parts, various electronic parts such as coils, etc. are preferably used. In particular, the manufacturing method of the present invention can be preferably used when electronic components are bonded on a circuit board.
  • the bonding material (coating material) used for the bonding material layer 4 it is possible to use a known material that is conductive and melts by heat.
  • a lead-free solder material containing Sn, Sb, Cu, Ag, Bi, In, Zn and the like as a part of the main component is used.
  • the material of the bonding material layer 4 is appropriately selected according to the heating (reflow) temperature in the bonding process and the like.
  • the microneedle 5 is formed. Specifically, the microneedle 5 is formed by processing a part of the bonding material layer 4 into a needle shape by using techniques such as irradiation of an optical vortex laser having a spiral phase, ion milling, and etching. In particular, by using an optical vortex laser, it is possible to form a cylindrical microneedle 5 having a high aspect ratio and substantially the same diameter of the spindle 5B in a short time.
  • the circularly polarized optical vortex laser is a laser having a spiral phase by passing a special spiral phase plate through the circularly polarized laser, and has characteristics different from those of a normal circularly polarized laser (details will be described later). ..
  • the length of the microneedle 5 is not particularly limited, but is appropriately selected according to the separation distance required for the first circuit member 2 and the second circuit member 22.
  • the diameter of the microneedle 5 (average diameter in the spindle 5B) is not particularly limited, but is preferably 2 to 10 ⁇ m. If the diameter is too small, the bonding strength will be insufficient, and if it is too large, miniaturization will be difficult, which is not preferable.
  • the height of the microneedle 5 is not limited, but is 50 to 500 ⁇ m, more preferably 80 to 300 ⁇ m.
  • the length of the microneedle is appropriately selected according to, for example, the distance required for the first circuit member 2 and the second circuit member 22.
  • the shape of the tip 5A of the microneedle 5 can be processed. For example, by crushing the tip 5A while heating the microneedle 5, the tip 5A can be formed into an inverted triangular shape in which the width increases toward the tip. Further, by irradiating the tip 5A with a laser, the shape of the tip 5A can be rounded. By making the tip 5A thicker than the main shaft 5B of the microneedle 5 in this way, it is possible to increase the bonding area and increase the bonding strength.
  • the microneedle 5 is subjected to a heating (reflow) treatment in a state where the tip 5A of the microneedle 5 is in contact with the electrode 23 formed on the surface of the second circuit member 22.
  • the electrode 3 and the electrode 23 can be joined via the above. In the joining process, it is preferable to fix the position with the temporary fixing adhesive and heat it to cure the temporary fixing adhesive and then perform reflow heating to improve the accuracy of the position fixing.
  • the second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 5.
  • the method of forming the microneedle 105 and the method of joining the microneedles 105 are different from those of the first embodiment.
  • a reference numeral obtained by adding 100 to a portion corresponding to the first embodiment is added, and the description of the same portion will be omitted.
  • the microneedle 105 is formed directly on the surface of the electrode 104 provided so as to penetrate the first circuit member 102.
  • the material of the electrode 104 is not particularly limited, and Cu, Ag, Al, Au, Ni, alloys thereof and the like are appropriately selected and used.
  • the bonding material 106 is attached to the tip 105A of the microneedle 105, and the tip 105A is brought into contact with the electrode 123 of the second circuit member 122 in a state where the bonding material 106 is melted by heat.
  • the electrode 104 and the electrode 123 are joined via the above.
  • the tip 105A of the microneedle 105 is immersed (dipped) in the joining material tank 130 in which the joining material 106 is melted by heating, so that the tip 105A is made.
  • the bonding material 106 is attached.
  • the melting point of the electrode 104 is set higher than that of the bonding material 106, and the microneedles 105 are not melted by being immersed in the bonding material tank 130.
  • the first circuit member 102 is moved to the joint portion of the second circuit member 122 as it is, and the joint material 106 is solidified in a state of being in contact with the electrode 123 of the second circuit member 122 before the joint material 106 is solidified. This makes it possible to join the electrode 104 and the electrode 123 without performing a temporary fixing adhesive or a reflow process.
  • ⁇ Third embodiment> Next, the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the formation position of the microneedle 205 and the joining method are different from those of the first embodiment.
  • a reference numeral of 200 is added to the portion corresponding to the first embodiment, and the description of the same portion will be omitted.
  • a microneedle 205 protruding from the surface of the electrode 204 formed on the side surface of the first circuit member 202 is formed.
  • the microneedle 205 is continuously formed from the electrode 204.
  • An electrode 233 is formed on the upper surface of the second circuit member 222.
  • the electrode 233 With the first circuit member 202 aligned, for example, by applying heat and ultrasonic waves to the microneedle 205 while pressurizing with a applying means (not shown) capable of applying heating and ultrasonic waves, the electrode 233 The microneedle 205 is joined to.
  • the electrode 204 and the electrode 233 are directly joined via the microneedle 205 by deforming the microneedle 205 using heating and ultrasonic waves and melting at least a part of the microneedle 205. can do.
  • the circularly polarized optical vortex laser used in the present invention is a circularly polarized laser beam having a spiral property, and is pulsed light in which the rotation direction of the circular polarization and the rotation direction of the optical vortex laser are the same.
  • the pulse width of the pulsed light is appropriately selected according to the material of the workpiece 304 (bonding material layer 4 and electrodes 104 and 204) and the size of the microprojections to be formed, but is 10 picoseconds or more and 100 nanoseconds or less. Is preferable.
  • Examples of the circularly polarized optical vortex laser include a Laguerre Gaussian beam, a Vessel Gaussian beam, and a multiple optical vortex having a plurality of phase singular points on the wave surface.
  • Laguerre Gaussian beam and Vessel Gaussian beam are unique modes of the cylindrical coordinate system, and are Laguerre Gaussian beams for diameters that have a refractive index distribution or gain distribution proportional to the square of the driving diameter, and Vessel Gaussian beams for diameters that do not have them. Become.
  • the Laguerre Gaussian beam is a typical optical vortex laser, and the intensity on the optical axis is zero (phase singularity), and the intensity distribution of the optical axis cross section is ring-shaped.
  • the Laguerre Gaussian beam like a spiral staircase, has a phase that changes by an integral multiple of 2 ⁇ when it makes one rotation around the optical axis, and its equiphase plane has a spiral structure. This integer is the vortex order of the Laguerre Gaussian beam. If the vortex order is a negative integer, the direction of rotation is opposite.
  • the Vessel Gaussian beam changes its phase by an integral multiple of 2 ⁇ when it makes one rotation around the optical axis, and its equiphase plane has a spiral structure. This integer is the vortex order of the Vessel Gaussian beam.
  • Multiple optical vortices having a plurality of phase singularities on the wave surface include double optical vortices and triple optical vortices. In the double light vortex, there are two phase singular points and two vortices, and the vortex order is +1 and -1 for each vortex. In the case of a triple light vortex, there are three phase singularities and three vortices, and each vortex has a +1-order, +1-order, and -1st-order vortex order.
  • the circularly polarized optical vortex laser is an optical vortex laser in which the spin angle momentum corresponding to the circular polarization is added to the orbital angular momentum corresponding to the vortex order of the optical vortex laser.
  • the signs of the angular momentums of both the orbital angular momentum corresponding to the vortex order of the optical vortex laser and the spin angular momentum corresponding to the circular polarization are the same. That is, the direction of rotation of the optical vortex and the direction of rotation of the circularly polarized light are the same. This is because if the signs are opposite, that is, if the rotation method is reversed, the orbital angular momentum of the optical vortex and the spin angular momentum of the circularly polarized light cancel each other out.
  • the method for generating the optical vortex laser is not particularly limited, and the method for generating the optical vortex laser is displayed on the liquid crystal space modulator.
  • FIG. 7 shows an optical system 320 for generating an optical vortex laser by a spiral phase plate.
  • the laser oscillator 301 is not particularly limited, and in this example, the laser oscillator 301 is an Nd: YAG laser.
  • the laser oscillator 301 oscillates linearly polarized pulsed light 302 with a Q switch.
  • the pulse width of the linearly polarized pulse light 302 is 10 picoseconds or more and 100 nanoseconds or less. This is because if the pulse width is less than 10 picoseconds, plasma is unlikely to be generated, and if it exceeds 100 nanoseconds, a HAZ problem occurs. When the pulse width is 10 picoseconds or more, the light and the work piece interact sufficiently.
  • wavelength of the linearly polarized pulsed light 302 oscillated from the laser oscillator 301 0.5 ⁇ m or more and 10.0 ⁇ m or more are used.
  • pulsed light 302 having a wavelength of 1.024 ⁇ m is preferably used.
  • the wavelength of the pulsed light 302 can be converted, for example, by constructing an optical parametric resonance (OPO) using a KTP crystal (KTIOPO 4 ) or by up-conversion from a CO 2 laser.
  • OPO optical parametric resonance
  • KTP crystal KTP crystal
  • the output of the laser oscillator may be set so as to have a set peak power density, such as the spot diameter of the pulsed light 303 of the optical vortex laser on the workpiece 304, the material of the workpiece 304, and the like. It is appropriately selected according to factors such as the wavelength of the pulsed light 302.
  • the output of the laser oscillator is not particularly limited, but is preferably 0.01 mJ to 10 mJ. This is because if the output is too small, ablation does not occur or is insufficient, and if the output is too large, the workpiece 304 is diffused.
  • the spot diameter of the pulsed light 303 of the optical vortex laser on the workpiece 304 is appropriately selected according to the size of the microprojections to be formed, and is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. ..
  • the linearly polarized pulsed light 302 oscillated from the laser oscillator 1 passes through a lens 305 having a focal length of 50 mm and a lens 306 having a focal length of 300 mm, and its beam size is magnified 6 times, and the 12-divided spiral phase plate 313. Is converted into the pulsed light 303 of the optical vortex laser.
  • the distance between the lens 305 having a focal length of 50 mm and the lens 306 having a focal length of 300 mm is 350 mm.
  • the purpose is to improve the beam quality by effectively using the area of the spiral phase plate 313, and to eliminate the damage of the spiral phase plate 313, and the focal length is not particularly limited.
  • the magnification of the objective lens 312 is determined according to the desired spot diameter and is not particularly limited. In this example, the magnification of the objective lens 312 is 5 to 50 times. Further, the focal length of the objective lens 312 is not particularly limited.
  • the spiral phase plate 313 is a phase plate whose thickness distribution is controlled so as to give a predetermined phase distribution to the transmitted laser beam.
  • the thickness distribution of the phase plate is approximated by a stepped discontinuous distribution, and the number of steps is the number of divisions.
  • the number of divisions of the spiral phase plate 313 is not particularly limited, but for example, 12 divisions or 16 divisions are used. It is also possible to generate an optical vortex laser by a fork-shaped hologram displayed on a liquid crystal space modulator instead of the spiral phase plate 313. As such an optical system, those described in Patent Documents 2 to 4 may be appropriately applied.
  • Patent No. 5831896 Japanese Patent Application No. 2013-591522 Patent No. 5035803
  • the optical vortex laser is a Lager Gaussian beam or a Vessel Gaussian beam
  • the vortex order is preferably an integer of 1 or more or an integer of -1 or less, and more preferably the vortex order is 2 or more. Or an integer less than or equal to -2.
  • a method for generating a Laguerre Gaussian beam having a higher vortex order can be realized by using the spiral phase plates in an overlapping manner.
  • the vortex order can be set to 2 by using it for generating a first-order vortex or by doubling the spiral phase plate.
  • the vortex order is increased by making the fork-type hologram displayed on the phase plate liquid crystal space modulator into a three-fork type. It can be 2. Further, in the laser processing method of the present invention, it is preferable that the optical vortex laser is a multiple optical vortex having a plurality of phase singular points on the wave surface.
  • a coating material formed on a first electrode in a first circuit member (first circuit member 2) or an electrode material constituting the first electrode.
  • the pitch between the electrodes can be made small by making connections using rod-shaped microneedles, so that the circuit can be miniaturized.
  • the microneedle forming step In the method of manufacturing electronic devices, in the microneedle forming step, It is characterized by irradiating an optical vortex pulsed light having a spiral polarized light.
  • microneedles can be formed by irradiating the electrode material or coating material with optical vortex pulse light, so that microneedles can be formed at any position in a short time, and the electrode can be miniaturized.
  • the covering material is made of a solder material.
  • the joining step It is characterized in that the second electrode and the microneedle are brought into contact with each other for heating.
  • the first electrode and the second electrode can be joined by reflow heating, and the joining process can be performed using the existing equipment as it is.
  • the microneedle forming step After the microneedle forming step, It has an attachment step that attaches the bonding material to at least the tip of the microneedle.
  • the joining step is characterized in that the second electrode and the microneedle are solidified in contact with each other.
  • the diameter of the microneedle is small, it is easy to attach the bonding material by dipping, and the bonding material can be attached to the microneedle by a simple process.
  • the liquid bonding material is adhered by melting
  • the attached liquid bonding material is solidified by cooling in a state of being in contact with the second electrode.
  • the bonding process can be performed by a simple process of attaching the bonding material to the second electrode and cooling it, and the processes such as temporary fixing and reflow can be omitted.
  • the joining step in the method of manufacturing an electronic device, in the joining step, It is characterized in that the joining process is performed by heating and at least one of ultrasonic waves in a state where the second electrode and the microneedle are in contact with each other.
  • the joining process can be performed using the existing equipment.
  • the microneedle forming step After the microneedle forming step, It is characterized by having a tip shape adjusting step for adjusting the tip shape of the microneedle.
  • the shape of the tip of the microneedle can be adjusted, so that the joining strength can be increased and the time required for the joining process can be shortened.
  • the tip shape adjustment step It is characterized in that the tip shape of the microneedle is adjusted by combining one method or a plurality of methods selected from heat crimping, laser light irradiation, and dip adhesion of molten metal.
  • the tip shape of the microneedle can be adjusted by a simple method.
  • a spirally polarized light is applied to an irradiated material composed of at least one of a coating material formed on a first electrode in a first circuit member or an electrode material constituting the first electrode. It is characterized in that microneedles protruding from the first electrode are formed by irradiating the optical vortex pulsed light having the above.
  • microneedles can be continuously formed from the electrode material or the coating material at a fine pitch.
  • the microneedles are characterized in that they project from the surface of the first electrode in the first circuit member and are continuously formed from at least one of the coating material formed on the first electrode or the first electrode. And.
  • microneedles that are continuously connected from the first electrode can be formed, so that the boundary strength between the first electrode and the microneedle can be increased.
  • the microneedle At least the tip portion is covered with a bonding material having a melting point lower than that of the spindle portion of the microneedle.
  • the bonding material is melted, the microneedles and the second electrode can be bonded, and the microneedles having a small diameter are not melted by heating, so that the microneedles do not break.
  • the bump manufacturing apparatus has a spirally polarized light with respect to an irradiated material composed of at least one of a coating material formed on a first electrode in a first circuit member or an electrode material constituting the first electrode.
  • the tip shape of the microneedle can be adjusted.
  • a spirally polarized light is applied to an irradiated material composed of at least one of a coating material formed on a first electrode in a first circuit member or an electrode material constituting the first electrode.
  • the second electrode and the microneedles can be joined.
  • the present invention can be applied to, for example, the manufacture of circuit boards.

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Abstract

【課題】 微細化が可能な電子装置の製造方法を提供できる。 【解決手段】本発明の電子部品の製造方法は、第1の回路部材における第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極を構成する電極材の少なくとも一方から突出するマイクロニードルを形成するマイクロニードル形成ステップと、 第2の回路部材における第2の電極と前記マイクロニードルとを接合する接合ステップとを有するようにした。これにより、細い径を有するマイクロニードルの特性を活かし、電極の接続部分を微細化することができる。

Description

電子装置の製造方法、マイクロニードルの製造方法及びマイクロニードル
 本発明は、例えば各種電子機器に使用される基板などの電子装置に適用して好適なものである。
 近年、電子機器の小型化、軽量化、高性能化が要求され、多層プリント配線板などの基板においても、配線の微細化及び高密度化が進んでいる。これに伴って、半導体チップを実装基板に実装する構造についても、薄型化及び小型化の要請が強まっている。
 そこで、半導体チップを実装基板に実装する方法として、半導体チップの電極表面に多数の突起電極(バンプ電極)を形成し、この突起電極を介してチップ側の電極と基板側の電極とを電気的に接続するフリップチップ実装が普及している。このようなフリップ実装により、接続構造の多ピン化及び小型化が実現している(例えば特許文献1参照)。
特開2001-332583号
 しかしながら、フリップチップ実装では、さらなる微細化が要求されている。
 本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、微細化が可能な電子装置の製造方法、マイクロニードルの製造方法及びマイクロニードルを提供するものである。
 かかる課題を解決するため、本発明の電子部品の製造方法は、
 第1の回路部材における第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極を構成する電極材の少なくとも一方から突出するマイクロニードルを形成するマイクロニードル形成ステップと、
 第2の回路部材における第2の電極と前記マイクロニードルとを接合する接合ステップとを有することを特徴とする。
 また本発明のマイクロニードルの製造方法では、第1の回路部材における第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極を構成する電極材の少なくとも一方からなる被照射材に対して、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光を照射することにより、前記第1の電極から突出するマイクロニードルを形成することを特徴とする。
 さらに、本発明のマイクロニードルでは、第1の回路部材における第1の電極の表面から突出し、前記第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極の少なくとも一方から連続的に形成されていることを特徴とする。
 本発明は、微細化が可能な電子装置の製造方法、マイクロニードルの製造方法及びマイクロニードルを実現できる。
本発明の電子装置の製造方法の説明に供するフローチャートである。 第1の実施の形態におけるマイクロニードルの形成を説明する概略図である。 第1の実施の形態における接合処理の説明に供する概略図である。 第2の実施の形態におけるマイクロニードルの形成を説明する概略図である。 第2の実施の形態における接合処理の説明に供する概略図である。 第3の実施の形態における接合処理の説明に供する概略図である。 本発明に使用される光学系の一例を示す概略図である。
<第1の実施の形態>
 以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
 図1は、本発明を示すフローチャートである。本発明では、ステップS1(図2参照)において、電極3から突出するマイクロニードル5が形成され、ステップS2(図3参照)において、マイクロニードルの接合処理が実行されることにより、第1回路部材2及び第2回路部材22とが電極3及び電極23を介して接合される。
 具体的には、まず図2(A)に示すように、第1回路部材2上に形成された電極3の表面に、印刷や塗布などの手法により、電極3を被覆する被覆層としての接合材層4が形成される。第1回路部材2及び第2回路部材22としては特に制限は無く、セラミック基板、シリコン基板、フレキシブルプリント基板、カード基板などの各種回路基板や、当該回路基板上に接合される半導体チップやセラミックコンデンサ、抵抗部品、コイルなどの各種電子部品などが好適に使用される。特に、回路基板上に電子部品が接合される場合に本発明の製造方法を好適に使用することができる。
 接合材層4に使用される接合材(被覆材)としては、導電性があり熱によって溶融する公知の材料を使用することが可能である。好ましくは、Sn、Sb、Cu,Ag、Bi、In、Znなどを主成分の一部として含有する鉛フリーはんだ材料が用いられる。接合材層4の材質としては、接合処理における加熱(リフロー)温度などに応じて適宜選択される。
 次いで、図2(B)に示すように、マイクロニードル5が形成される。具体的には、螺旋位相を有する光渦レーザの照射やイオンミリング、エッチングなどの手法を用いて、接合材層4の一部を針状に加工することによりマイクロニードル5が形成される。特に、光渦レーザを用いることにより、短時間でアスペクト比が高く、主軸5Bの直径がほぼ同一となる円柱形状のマイクロニードル5を形成することが可能である。円偏光光渦レーザは、円偏光レーザに特殊な螺旋位相板を通過させることにより、螺旋状の位相を有するレーザであり、通常の円偏光レーザとは相違する特性を有する(詳しくは後述する)。
 マイクロニードル5の長さに特に制限は無いが、第1回路部材2及び第2回路部材22に必要な離隔距離に応じて適宜選択される。また、マイクロニードル5の直径(主軸5Bにおける平均直径)に特に制限は無いが、2~10μmであることが好ましい。直径が小さすぎると、接合強度が不十分となり、大きすぎると微細化が困難になるため好ましくない。マイクロニードル5の高さに制限は無いが、50~500μm、より好ましくは80~300μmである。マイクロニードルの長さは、例えば第1回路部材2及び第2回路部材22に要する間隔などに応じて適宜選択される。
 さらに、図2(C)に示すように、マイクロニードル5の先端5Aの形状を加工することもできる。例えば、マイクロニードル5を加熱しながら先端5Aを押し潰すことにより、先端5Aが先端へ向けて幅が大きくなる逆三角形状にすることができる。また、先端5Aにレーザを照射することにより、先端5Aの形状を丸くすることができる。このように、先端5Aをマイクロニードル5の主軸5Bよりも太くすることにより、接合面積を大きくし、接合強度を増大させることが可能になる。
 そして図3に示すように、第2回路部材22の表面に形成された電極23に対してマイクロニードル5の先端5Aを当接させた状態で加熱(リフロー)処理を行うことにより、マイクロニードル5を介して電極3と電極23とを接合することができる。なお、接合処理の際、仮止め接着剤により位置を固定して加熱することにより、仮止め接着剤を硬化させた後に、リフロー加熱を行うことにより、位置固定の精度が向上するため好ましい。
<第2の実施の形態>
 次に、第2の実施の形態について、図4~図5を用いて説明する。第1の実施の形態とは、マイクロニードル105の形成方法と接合方法とが相違している。なお、第2の実施の形態においては、第1の実施の形態と対応する箇所に100を加算した符号を附し、同一箇所についての説明を省略する。
 図4に示すように、第2の実施の形態では、第1回路部材102に貫通して設けられた電極104の表面に直接的にマイクロニードル105が形成される。電極104の材質については特に制限は無く、Cu、Ag、Al、Au、Ni及びこれらの合金などが適宜選択されて使用される。
 そしてマイクロニードル105の先端105Aに、接合材106が付着されると共に、接合材106を熱により溶融させた状態で先端105Aを第2回路部材122の電極123に当接させることにより、マイクロニードル105を介して電極104と電極123とが接合される。
 具体的に、図5(A)及び(B)に示すように、マイクロニードル105の先端105Aを接合材106を加熱により溶融させた接合材槽130に浸漬(ディップ)させることにより、先端105Aに接合材106を付着させる。電極104の融点は、接合材106よりも高く設定されており、接合材槽130への浸漬によってマイクロニードル105が溶融することはない。
 そのまま第1回路部材102を第2回路部材122の接合箇所に移動させ、接合材106が固化する前に第2回路部材122の電極123に当接させた状態で接合材106を固化させる。これにより、仮止め接着剤やリフロー工程を行わなくても電極104と電極123とを接合することが可能となる。
 また、追加工程としてリフロー工程を行うことにより、電極123とマイクロニードル105との接合をより強化することも可能である。この場合であっても、マイクロニードル105(電極104)の融点が高いため、リフロー加熱によるマイクロニードル105の破断を未然に防止できる。
<第3の実施の形態>
 次に、第2の実施の形態について、図6を用いて説明する。第1の実施の形態とは、マイクロニードル205の形成位置と接合方法とが相違している。なお、第3の実施の形態においては、第1の実施の形態と対応する箇所に200を加算した符号を附し、同一箇所についての説明を省略する。
 図6に示すように、第1回路部材202の側面に形成された電極204の表面から突出するマイクロニードル205が形成されている。このマイクロニードル205は、電極204から連続的に形成されている。第2回路部材222は上面に電極233が形成されている。
 第1回路部材202が位置合わせされた状態で、例えば加熱と超音波とを印可可能な印可手段(図示せず)によって加圧しながらマイクロニードル205に熱と超音波を印可することにより、電極233に対してマイクロニードル205が接合される。
 このように、加熱と超音波とを利用してマイクロニードル205を変形させると共にマイクロニードル205の少なくとも一部を溶融させることにより、電極204と電極233とをマイクロニードル205を介して直接的に接合することができる。
<光渦レーザによるマイクロニードルの形成>
 次に、光渦レーザを用いてマイクロニードル5,105,205を形成する方法について説明する。
 本発明で使用される円偏光光渦レーザは、円偏光のレーザビームに螺旋性を持たせたものであり、円偏光の回転方向と光渦レーザの回転方向が同一のパルス光である。パルス光のパルス幅は、被加工物304(接合材層4や電極104,204)の材質や形成したい微小突起のサイズなどに応じて適宜選択されるが、10ピコ秒以上、100ナノ秒以下であることが好ましい。
 円偏光光渦レーザとしては、ラゲールガウスビーム、ベッセルガウスビーム、及び波面に位相特異点が複数ある多重光渦が例示される。ラゲールガウスビーム、ベッセルガウスビームは円筒座標系のそれぞれ固有モードで、動径の二乗に比例する屈折率分布や利得分布を有する径では、ラゲールガウスビームになり、それがない径ではベッセルガウスビームとなる。
 ラゲールガウスビームは、光渦レーザの代表的なものであり、光軸上の強度が零(位相特異点)で、光軸断面の強度分布がリング状をなしている。ラゲールガウスビームは、螺旋階段のように、光軸のまわりに1回転した時に位相が2πの整数倍変化するものであり、等位相面が螺旋構造をとる。この整数がラゲールガウスビームの渦次数である。渦次数が、負の整数の場合、回転方向が逆となる。
 ベッセルガウスビームは、ラゲールガウスビームと同様に、螺旋階段のように、光軸のまわりに1回転した時に位相が2πの整数倍変化するものであり、等位相面が螺旋構造をとる。この整数がベッセルガウスビームの渦次数である。波面に位相特異点が複数ある多重光渦としては、2重光渦、3重光渦などがある。2重光渦では、位相特異点が2つあり、渦が2つあり、それぞれの渦について+1次と-1次の渦次数となる。3重光渦の場合、位相特異点が3つあり、渦が3つあり、それぞれの渦について+1次、+1次、-1次の渦次数となる。
 すなわち、円偏光光渦レーザとは、光渦レーザの渦次数に対応する軌道角運動量に、円偏光に対応するスピン角運動量が加わっている光渦レーザである。本発明の円偏光光渦レーザでは、光渦レーザの渦次数に対応する軌道角運動量と円偏光に対応するスピン角運動量の両者の角運動量の符号が同じである。すなわち、光渦の回転の方向と円偏光の回転の方向が同じである。逆符号である場合、つまり回転の方法が逆となると、光渦の軌道角運動量と円偏光のスピン角運動量が打ち消しあってしまうからである。
 本発明の電子装置の製造方法、マイクロニードルの製造方法及びマイクロニードルにおいて、光渦レーザの発生方法は特に限定されるものではなく、光渦レーザの発生方法としては、液晶空間変調器に表示したフォーク型のホログラムにより光渦レーザを発生させる方法、螺旋状位相板により光渦レーザを発生させる方法、エルミートガウシアンモードからの変換により光渦レーザを発生させる方法、およびレーザー共振器から直接出す方法が例示される。
 図7には、螺旋状位相板により光渦レーザを発生させるための光学系320を示している。
 レーザー発振器301は、特に限定されなく、この例においてレーザー発振器301は、Nd:YAGレーザーである。レーザー発振器301は、直線偏光のパルス光302をQスイッチ発振する。直線偏光のパルス光302のパルス幅は、10ピコ秒以上100ナノ秒以下である。該パルス幅が10ピコ秒未満であると、プラズマが発生しにくく、100ナノ秒を超えると、HAZの問題が生じるからである。該パルス幅が10ピコ秒以上であると光と被加工物とが十分に相互作用してくれる。
 レーザー発振器301から発振される直線偏光のパルス光302の波長としては、0.5μm以上、10.0μm以上が使用される。特に1.024μmの波長のパルス光302が好適に使用される。
 なお、パルス光302の波長は、例えば光パラメトリック共振(OPO)をKTP結晶(KTiOPO)を用いて構成したものや、COレーザからのアップコンバージョンなどにより変換することが可能である。
 本発明において、レーザー発振器の出力は、設定するピークパワー密度になるように設定されればよく、光渦レーザのパルス光303の被加工物304上でのスポット径、被加工物304の材質やパルス光302の波長などの要因に応じて適宜選択される。好ましくは、レーザー発振器の出力は、特に限定されるものではないが、好ましくは0.01mJ~10mJである。出力が小さすぎるとアブレーションが生じない又は不足し、出力が大きすぎると被加工物304の拡散を生じさせるからである。光渦レーザのパルス光303の被加工物304上でのスポット径は、形成する微小突起のサイズに応じて適宜選択され、特に限定されるものではないが、1μm以上300μm以下であることが好ましい。
 前記レーザー発振器1から発振される該直線偏光のパルス光302は、焦点距離50mmのレンズ305と焦点距離300mmのレンズ306を通ってビームサイズが6倍に拡大され、12分割の螺旋状位相板313によって、光渦レーザのパルス光303に変換される。なお、焦点距離50mmのレンズ305と焦点距離300mmのレンズ306との距離は350mmである。螺旋状位相板313の面積を有効に使うことによるビーム品質の向上のためであり、螺旋状位相板313の損傷をなくすためであり、焦点距離は特に限定されるものではない。その後、対物レンズ312(焦点距離50mm)で絞られて、被加工物304に照射される。対物レンズ312の倍率は所望のスポット径に応じて決められるものであり特に限定されなく、この例において対物レンズ312の倍率は5~50倍である。また、対物レンズ312の焦点距離は、特に限定されるものではない。
 螺旋状位相板313は、透過させるレーザービームに対して所定の位相分布を与えるように厚さ分布を制御した位相板である。位相板の厚さ分布は、階段状の不連続分布で近似されていて、その階段数が分割数である。螺旋状位相板313の分割数は特に限定されないが、例えば12分割や16分割のものが使用される。なお、螺旋状位相板313の代わりに液晶空間変調器に表示したフォーク型のホログラムにより光渦レーザを発生させることも可能である。かかる光学系については特許文献2~4に記載のものを適宜適用しても良い。
特許第5831896号 特願2013-519522 特許第5035803号
 本発明のレーザー加工方法において、光渦レーザがラゲールガウスビームもしくはベッセルガウスビームであり、渦次数が1以上の整数もしくは-1以下の整数であることが好ましく、より好ましくは、渦次数が2以上の整数もしくは-2以下の整数である。ラゲールガウスビームの渦次数が絶対値が高いほど、加工表面が滑らかになるからである。高次の渦次数のラゲールガウスビームを発生させる方法としては、螺旋状位相板を重ねて使用することにより実現できる。例えば、1次の渦を発生させるのに使用するや螺旋状位相板を2重にすることによって、渦次数を2とすることができる。また、液晶空間変調器に表示したフォーク型のホログラムにより光渦レーザを発生させる方法の場合は、位相板液晶空間変調器に表示されたフォーク型ホログラムを3本フォーク型にすることにより渦次数を2とすることができる。また、本発明のレーザー加工方法において、光渦レーザが波面に位相特異点が複数ある多重光渦であることが好ましい。
<動作及び効果>
 以下、上記した実施形態から抽出される発明群の特徴について、必要に応じて課題及び効果等を示しつつ説明する。なお以下においては、理解の容易のため、上記各実施形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。また、各特徴に記載した用語の意味や例示等は、同一の文言にて記載した他の特徴に記載した用語の意味や例示として適用しても良い。
 本発明の電子装置の製造方法では、第1の回路部材(第1回路部材2)における第1の電極に形成された被覆材(接合材層4)又は前記第1の電極を構成する電極材(電極3)の少なくとも一方から突出するマイクロニードル(マイクロニードル105)を形成するマイクロニードル形成ステップと、
 第2の回路部材(第2回路部材22)における第2の電極(電極23)と前記マイクロニードル(マイクロニードル5)とを接合する接合ステップとを有することを特徴とする。
 これにより、棒状のマイクロニードルを用いて接続を行うことにより、電極間のピッチを小さく形成できるため、回路の微細化が可能となる。
 電子装置の製造方法において、マイクロニードル形成ステップでは、
 螺旋状の偏光を有する光渦パルス光を照射することを特徴とする。
 これにより、電極材又は被覆材に光渦パルス光を照射することによりマイクロニードルを形成できるため、自在な位置に短時間でマイクロニードルを形成でき、電極の微細化が可能となる。
 電子装置の製造方法において、前記被覆材は、はんだ材でなり、
 前記接合ステップでは、
 前記第2の電極と前記マイクロニードルとを接触させて加熱することを特徴とする。
 これにより、リフロー加熱により第1の電極と第2の電極とを接合することができ、既存の設備をそのまま使用して接合処理を行うことができる。
 電子装置の製造方法において、前記マイクロニードル形成ステップの後段に、
 前記マイクロニードルの少なくとも先端に接合材を付着させる付着ステップを有し、
 前記接合ステップでは、前記第2の電極と前記マイクロニードルとを接触させた状態で固化させることを特徴とする。
 マイクロニードルは径が小さく、接合材をディップにより付着させることが容易であり、簡易な工程によりマイクロニードルに接合材を付着させることができる。
 電子装置の製造方法において、前記接合ステップでは、
 溶融によって液状の前記接合材を付着させ、
 前記接合ステップでは、
 付着された液状の接合材を前記第2の電極に接触させた状態で冷却により固化させることを特徴とする。
 これにより、接合材を付着させて第2の電極に接触させて冷却するだけの簡易な工程で接合処理を行うことができ、仮止めやリフローなどの工程を省略することができる。
 電子装置の製造方法において、前記接合ステップでは、
 前記前記第2の電極と前記マイクロニードルとを接触させた状態で加熱及び超音波のうち少なくとも一方による接合処理を行うことを特徴とする。
 これにより、既存の設備を用いて接合処理を行うことができる。
 電子装置の製造方法において、前記マイクロニードル形成ステップの後段に、
 前記マイクロニードルの先端形状を整える先端形状調整ステップを有することを特徴とする。
 これにより、マイクロニードルの先端形状を整えることができるため、接合強度を高めたり、接合処理に要する時間を短縮したりすることができる。
 電子装置の製造方法において、前記先端形状調整ステップでは、
 加熱圧着、レーザ光照射、溶融させた金属のディップ付着から選択される一の方法又は複数の方法を組み合わせることにより、前記マイクロニードルの先端形状を整えることを特徴とする。
 これにより、簡易な方法でマイクロニードルの先端形状を整えることができる。
 マイクロニードルの製造方法では、第1の回路部材における第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極を構成する電極材の少なくとも一方からなる被照射材に対して、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光を照射することにより、前記第1の電極から突出するマイクロニードルを形成することを特徴とする。
 これにより、微細なピッチで電極材又は被覆材から連続的にマイクロニードルを形成できる。
 マイクロニードルでは、第1の回路部材における第1の電極の表面から突出し、前記第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極の少なくとも一方から連続的に形成されていることを特徴とする。
 これにより、第1の電極から連続的に接続されるマイクロニードルを形成できるため、第1の電極とマイクロニードルとの境界強度を大きくすることができる。
 前記マイクロニードルは、
 少なくとも先端部分が前記マイクロニードルの主軸部分よりも融点の低い接合材で被覆されていることを特徴とする。
 これにより、接合材を溶融させればマイクロニードルと第2の電極とを接合できると共に、加熱により径の細いマイクロニードルが溶解することがなく、マイクロニードルが破断する恐れがない。
 バンプ製造装置では、第1の回路部材における第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極を構成する電極材の少なくとも一方からなる被照射材に対して、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光を照射することにより、前記第1の電極から突出するマイクロニードルを形成する照射部と、
 前記マイクロニードルの先端形状を整える先端形状調整部とを有することを特徴とする。
 これにより、光渦パルス光によってマイクロニードルを形成した後、マイクロニードルの先端形状を整えることができる。
 電子装置の製造システムでは、第1の回路部材における第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極を構成する電極材の少なくとも一方からなる被照射材に対して、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光を照射することにより、前記第1の電極から突出するマイクロニードルを形成する照射部と、
 第2の回路部材における第2の電極と前記マイクロニードルとを接合する接合部とを有することを特徴とする。
 これにより、マイクロニードルを形成した後、第2の電極とマイクロニードルとを接合することができる。
 本発明は、例えば回路基板の製造に適用することができる。
2,102,202    :第1回路部材
3,102,103    :電極
4,106    :接合材
5    :マイクロニードル
5A   :先端
5B   :主軸
22,122,222   :第2回路部材

 

Claims (11)

  1.  第1の回路部材における第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極を構成する電極材の少なくとも一方から突出するマイクロニードルを形成するマイクロニードル形成ステップと、
     第2の回路部材における第2の電極と前記マイクロニードルとを接合する接合ステップと
     を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
  2.  マイクロニードル形成ステップでは、
     螺旋状の偏光を有する光渦パルス光を照射する
     ことを特徴とする電子装置の製造方法。
  3.  前記被覆材は、
     はんだ材でなり、
     前記接合ステップでは、
     前記第2の電極と前記マイクロニードルとを接触させて加熱する
     ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置の製造方法。
  4.  前記マイクロニードル形成ステップの後段に、
     前記マイクロニードルの少なくとも先端に接合材を付着させる付着ステップを有し、
     前記接合ステップでは、
     前記第2の電極と前記マイクロニードルとを接触させた状態で固化させる
     ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置の製造方法。
  5.  前記接合ステップでは、
     溶融によって液状の前記接合材を付着させ、
     前記接合ステップでは、
     付着された液状の接合材を前記第2の電極に接触させた状態で冷却により固化させる
     ことを特徴とする請求項3に記載の電子装置の製造方法。
  6.  前記接合ステップでは、
     前記前記第2の電極と前記マイクロニードルとを接触させた状態で加熱及び超音波のうち少なくとも一方による接合処理を行う
     ことを特徴とする請求項3に記載の電子装置の製造方法。
  7.  前記マイクロニードル形成ステップの後段に、
     前記マイクロニードルの先端形状を整える先端形状調整ステップ
     を有することを特徴とする請求項1に記載の電子装置の製造方法。
  8.  前記先端形状調整ステップでは、
     加熱圧着、レーザ光照射、溶融させた金属のディップ付着から選択される一の方法又は複数の方法を組み合わせることにより、前記マイクロニードルの先端形状を整える
     ことを特徴とする請求項6に記載の電子装置の製造方法。
  9.  第1の回路部材における第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極を構成する電極材の少なくとも一方からなる被照射材に対して、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光を照射することにより、前記第1の電極から突出するマイクロニードルを形成する
     ことを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
  10.  第1の回路部材における第1の電極の表面から突出し、前記第1の電極に形成された被覆材又は前記第1の電極の少なくとも一方から連続的に形成されている
     ことを特徴とするマイクロニードル。
  11.  前記マイクロニードルは、
     少なくとも先端部分が前記マイクロニードルの主軸部分よりも融点の低い接合材で被覆されている
     ことを特徴とする請求項10に記載のマイクロニードル。
     
     

     
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