JP2007510301A - Electrical connection of parts - Google Patents
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Abstract
【課題】プリント基板上で部品を接続する場合において、より薄く平坦な製品を安価に効率よく、確実に搭載する技術を提供すること。
【解決手段】部品をプリント基板上に搭載した後に、部品のコンタクトは、通常基板上に電気回路の対応するコンタクトに電気的に接続される。コンタクト間に材料を堆積することによって、前記材料はコンタクト間に電気的接続を形成するか、または前記材料はコンタクト間に電気的接続を形成するように処理される。部品搭載時に従来のような精度は必要がなく、材料形成も高い精度が要求されない。この結果、プロセスコストを低減できるとともに、高い歩留まりで製品を製造できる。本発明はまたこの目的のための装置および結果として生じる回路を提供する。
【選択図】図１Provided is a technique for efficiently and reliably mounting a thinner and flat product at a low cost when connecting components on a printed circuit board.
After mounting the component on the printed circuit board, the component contacts are electrically connected to the corresponding contacts of the electrical circuit, usually on the substrate. By depositing a material between the contacts, the material forms an electrical connection between the contacts or the material is processed to form an electrical connection between the contacts. When mounting parts, the conventional accuracy is not required, and the material formation does not require high accuracy. As a result, the process cost can be reduced and the product can be manufactured with a high yield. The present invention also provides an apparatus and resulting circuit for this purpose.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、部品の電気的接続に関する。たとえば、プリント回路基板の形態における基板上で電気回路に対するマイクロチップまたは電子部品の接続に関する。また、電気回路の電気的コンタクトに対して部品の電気的コンタクトを電気的に接続する方法、この目的のための装置、およびその適用回路に関する。 The present invention relates to electrical connection of components. For example, it relates to the connection of microchips or electronic components to electrical circuits on a substrate in the form of a printed circuit board. It also relates to a method for electrically connecting an electrical contact of a part to an electrical contact of an electrical circuit, a device for this purpose, and an application circuit thereof.
プリント回路ボード（基板）上で電気回路に対してマイクロチップ（チップ）のような部品を接続する種々の技術が知られている。 Various techniques for connecting a component such as a microchip (chip) to an electric circuit on a printed circuit board (substrate) are known.
ワイヤーボンディングは最も古い接続方法である。この技術において、その部品は基板上に正確に（±30μm以内に）配置され、基板の上面のそれぞれの対応コンタクトに対して隣接する部品の上面にあるコンタクト（基板から離れている）と接続する。部品のコンタクトはリード線の形態で、部品から上方へ200μmで伸びている。部品はダイ・ボンディングによって基板上の所定位置に固定接着される。ワイヤボンディング装置はワイヤ、典型的には25μｍ径の金またはアルミニウムワイヤを１組の対応コンタクト（部品上の一点と基板上の一点）の間に伸ばし、そのコンタクトに対してワイヤの端を、たとえば、超音波または熱圧着によって、ボンディングする。この段階でのワイヤボンドは、基板表面から飛び出た金属がループ状に露出していて危ない。また、通常、ワイヤーは絶縁されていない。ワイヤボンドは、それゆえ、ダメッジからワイヤを守ったり絶縁したりするために、たとえば、シリコーン材料で典型的に被覆され、ワイヤボンド同士の接触や可能性のある短絡回路を防止する。ワイヤボンドは基板から飛び出ているので、スマートカードやRFID（無線周波数識別デバイス）のような平坦な製品にとっては、この方法は理想的ではない。このプロセスは完全自動化できるが、高価であり、多数の接続を有するプロセッサーにおいては１チップ当り10セント(US)程度の費用がかかる。生産性は予想より小さく、典型的な自動化装置は時間当たり約10,000部品を接続する。また、生産性は部品の複雑さや接続ボンドの数に関係していて、その結果複雑な部品になると生産性はさらに落ちる。 Wire bonding is the oldest connection method. In this technology, the component is accurately placed on the substrate (within ± 30 μm) and connected to the contact (away from the substrate) on the upper surface of the adjacent component for each corresponding contact on the upper surface of the substrate. . The contact of the part is in the form of a lead wire and extends upward from the part at 200 μm. The parts are fixed and bonded in place on the substrate by die bonding. A wire bonding apparatus extends a wire, typically a 25 μm diameter gold or aluminum wire, between a pair of corresponding contacts (one point on a component and one point on a substrate) and the end of the wire against that contact, for example, Bond by ultrasonic or thermocompression bonding. The wire bond at this stage is dangerous because the metal protruding from the substrate surface is exposed in a loop shape. Also, the wire is usually not insulated. Wire bonds are therefore typically coated with, for example, a silicone material to protect and insulate the wires from damage, preventing contact between wire bonds and possible short circuits. This method is not ideal for flat products such as smart cards and RFID (radio frequency identification devices) because wirebonds pop out of the substrate. While this process can be fully automated, it is expensive and can cost as much as 10 cents (US) per chip in a processor with multiple connections. Productivity is less than expected, and typical automated equipment connects approximately 10,000 parts per hour. In addition, productivity is related to the complexity of the parts and the number of connection bonds. As a result, the productivity further decreases when the parts become complicated.
別のアプローチはタブボンドである。この技術において、基板には、部品のフットプリントよりわずかに大きい空間（デバイスホール）があり、そのデバイスホール近くの基板上面にコンタクトが適切に配置されている。部品は外側に伸びた形態のコンタクト、水平方向のワイヤーまたはリードを持つ。部品はそのデバイスホールに配置され、飛び出したリードが部品の対応するコンタクトと接触する。その後、対応するコンタクトの組（部品上の一点と基板上の一点）が、一緒に溶着されるか、または圧着され、希望通りに回路を完成する。この方法は、適切なデバイスホールおよびコンタクトがカスタムデザインされかつ製作された基板を必要とする。そのために、この方法は高価であり、より付加価値の高い製品に使用されるだけである。 Another approach is tab bonding. In this technique, the substrate has a space (device hole) that is slightly larger than the component footprint, and contacts are appropriately disposed on the upper surface of the substrate near the device hole. The part has an outwardly extending contact, a horizontal wire or lead. The part is placed in the device hole, and the protruding lead contacts the corresponding contact of the part. A corresponding set of contacts (one point on the part and one point on the substrate) are then welded together or crimped to complete the circuit as desired. This method requires a substrate with the appropriate device holes and contacts custom-designed and fabricated. Therefore, this method is expensive and is only used for higher value-added products.
さらに最近のフリップチップとして知られるアプローチでは、部品は裏返された状態、すなわち部品の下面にコンタクトを持って、基板上に置かれる。部品と基板回路との間で突き出た電気的接続部を提供するために、部品上または基板上のコンタクトは盛り上がっているか「バンプ」が付けられている。パラジウム(Pd)バンプ、ニッケル金(NiAu)バンプ、ポリマーバンプ、半田バンプを含むバンプ形成には、アンダーバンプメタル(UBM)を有する幾つかの異なった方法が知られている。 In a more recent approach known as flip chip, the component is placed on the substrate in an inverted state, i.e. with a contact on the underside of the component. In order to provide a protruding electrical connection between the component and the board circuit, the contacts on the component or on the substrate are raised or “bumped”. Several different methods with under bump metal (UBM) are known for bump formation including palladium (Pd) bumps, nickel gold (NiAu) bumps, polymer bumps, and solder bumps.
さらなるアプローチにおいて、部品類は正確に、部品に対して電気的に接続するための適切に配置されたコンタクトを持つ支持シートまたはテープ（インターポーザーとして知られている）上にプリマウントされる。その後、実装された部品を持つインターポーザーは基板上に置かれ、インターポーザーおよび基板上のコンタクトパッドを経由してそこへ電気的に接続される。コンタクトパッドは比較的大きく、典型的には数ミリメーター平方の面積である。それで、基板上のインターポーザーの配置はかなりの正確さで行われる必要はない。そのコンタクトは通常共に押されるか押し付けられるかされて、インターポーザーと、部品や基板との間の電気的接続を完成する。この技術は、付加的要素、すなわちインターポーザーの使用および付加的プロセスが必要という短所を持つ。 In a further approach, the parts are precisely premounted on a support sheet or tape (known as an interposer) with appropriately positioned contacts for electrical connection to the part. Thereafter, the interposer with the mounted components is placed on the substrate and electrically connected thereto via the interposer and contact pads on the substrate. Contact pads are relatively large, typically an area of a few millimeters square. Thus, the placement of the interposer on the substrate need not be done with considerable accuracy. The contacts are usually pushed or pressed together to complete the electrical connection between the interposer and the component or board. This technique has the disadvantage of requiring additional elements, i.e. the use of interposers and additional processes.
（発明の概要）
一つの観点において、本発明は、電気回路内または電気回路間で対応コンタクトへ部品のコンタクトを電気的に接続する方法を提供し、コンタクト間に材料を堆積する方法、形成する材料またはコンタクト間を電気的に接続するためのプロセスを含む。
(Summary of Invention)
In one aspect, the present invention provides a method for electrically connecting a component contact to a corresponding contact within or between electrical circuits, and a method for depositing material between the contacts, forming material or between contacts. Includes a process for electrical connection.
部品のコンタクトからの接続は、電気回路の対応コンタクト、別の部品の対応コンタクトまたは元々の部品の別のコンタクトへなされても良い。電気的接続は、一部の別の部品またはその一部において、それ自体構成しても良い。 The connection from the contact of the part may be made to a corresponding contact of the electrical circuit, a corresponding contact of another part or another contact of the original part. The electrical connection may itself consist of some other part or part thereof.
部品は一般に回路へ２つ以上の接続を必要とする。その結果、その方法は、要求に応じて繰り返され、すべての必要な接続が形成される。 Components generally require more than one connection to the circuit. As a result, the method is repeated on demand to form all necessary connections.
部品は広範な可能性あるものから選択されて良い。たとえば、マイクロチップ（アナログまたはデジタル）、望まない電気的接触を防止するために露出回路上に非導電体材料層を持つ被覆チップ、マイクロプロセッサー、メモリチップ、タイミングチップ、容量、トランジスター、レジスター、インダクター、ダイオード、スイッチ、リレイ、ソレノイド、マイクロホン、スピーカー、増幅器、圧電素子または結晶、アリエルまたはアンテナ、バッテリー、燃料電池、光起電力セル、太陽電池、発光ダイオード(LED)、発光ポリマー(LEP)、液晶ディスプレイ(LCD)、電荷結合素子(CCD)、半導体撮像素子、または上記装置のホルダー、コネクター、端子あるいはソケットである。 The parts can be selected from a wide range of possibilities. For example, microchip (analog or digital), coated chip with a non-conductive material layer on the exposed circuit to prevent unwanted electrical contact, microprocessor, memory chip, timing chip, capacitor, transistor, resistor, inductor , Diode, switch, relay, microphone, speaker, amplifier, piezoelectric element or crystal, Ariel or antenna, battery, fuel cell, photovoltaic cell, solar cell, light emitting diode (LED), light emitting polymer (LEP), liquid crystal A display (LCD), a charge coupled device (CCD), a semiconductor imaging device, or a holder, connector, terminal or socket of the above device.
電気回路は一般に基板上に形成される。その材料は、ソルダリングでは不可能な方法において、基板上に堆積され付着する。基板は、プラスチック材料、紙、セラミックなどを含む広範囲の材料であっても良い。基板は通常、その上に、たとえばフォトリソグラフィーによって形成される、コンタクトを含む導電線を有する。基板は普通、プリント回路ボードの形態である。 The electrical circuit is generally formed on a substrate. The material is deposited and deposited on the substrate in a way that is not possible with soldering. The substrate may be a wide range of materials including plastic material, paper, ceramic and the like. The substrate typically has conductive lines including contacts formed thereon, for example, by photolithography. The substrate is usually in the form of a printed circuit board.
電気的接続は通常トラック（短冊状配線）、特に細長トラック（幅よりも長さが大きい）の形態である。トラック幅および長さは、既存技術では不可能な方法で必要性に合わせて適切になるように選択しても良い（し、変化させても良い）。マルチ接続は同一である必要はなく、個々に決定した寸法を有することも可能である。 The electrical connection is usually in the form of a track (strip-shaped wiring), in particular a narrow track (length is greater than the width). The track width and length may be selected (and may be varied) to suit the needs in a way that is not possible with existing technology. Multiple connections need not be identical, and can have individually determined dimensions.
トラック幅および／または長さは、トラックの導電性を増加させるために、および／または堆積膜の精度をゆるめるために、意図的にオーバーサイズにしても良い。 The track width and / or length may be intentionally oversized to increase track conductivity and / or to reduce the accuracy of the deposited film.
電気的接続は一般に選択的にコンタクト間に行われる。所望の限定された広さ（一般には所望の長さおよび幅のトラック）を有するように電気的接続を選択的に形成することができる。代わりに、必要以上に大きな広さの電気的導電材料層を形成することができ、その後で選択的に、たとえばマスクを使うことによって、その材料を除去または処理し、所望の領域だけに電気的接続層を残す。この代替アプローチにおいては、第一のアプローチにおいて必要とされるような位置合わせ精度で材料を堆積する必要はない。 Electrical connections are generally made selectively between contacts. Electrical connections can be selectively formed to have the desired limited width (generally tracks of the desired length and width). Instead, a layer of electrically conductive material that is larger than necessary can be formed, after which the material is removed or processed selectively, for example by using a mask, so that only the desired area is electrically Leave the connection layer. In this alternative approach, it is not necessary to deposit material with alignment accuracy as required in the first approach.
その方法は一般に、接続用の回路に対応する適所に部品を搭載することを含む。 The method generally includes mounting the component in place corresponding to the circuit for connection.
マニュアル搭載および機械的搭載を含む技術範囲内で、部品を回路に対して適所に搭載しても良い。機械的搭載は、スピードおよび正確さの理由で好適であり、ピック＆プレイス・ロボットのようなロボット手段を含む、当業者に周知の適切な搭載装置を用いて、好適にコンピューター制御される。ピック＆プレイス・ロボットは、この使用に充分に適合して、非常に速く、典型的に１時間当り60,000ユニットまでこなすことができ、適切なソフトウエアを使うと多目的となる。1台以上の装置によって同時にまたは連続的に複数の部品を搭載しても良い。 Within the technical scope including manual mounting and mechanical mounting, the components may be mounted in place on the circuit. Mechanical mounting is preferred for speed and accuracy reasons and is preferably computer controlled using suitable mounting devices known to those skilled in the art, including robotic means such as pick and place robots. Pick and place robots are well suited for this use and are very fast, typically capable of handling up to 60,000 units per hour, and with the right software, they are versatile. A plurality of components may be mounted simultaneously or sequentially by one or more devices.
その方法は好適には、回路の対応コンタクトに対して部品のコンタクトを（マニュアル入力を含まない自動化方式で）位置検出をする検出装置を使用し、検出された位置のコンタクト間に材料を堆積する工程を含む。 The method preferably uses a detection device that detects the position of the component contacts relative to the corresponding contacts of the circuit (in an automated manner without manual input), and deposits material between the contacts at the detected position. Process.
部品のコンタクト位置は、コンタクト位置を決定することにより直接に、あるいは、部品の位置を決定し、これから、部品上のコンタクト位置の記憶に基づいてコンタクト位置を推定することにより間接的に、検出されても良い。 The contact position of a part can be detected either directly by determining the contact position or indirectly by determining the position of the part and then estimating the contact position based on the storage of the contact position on the part. May be.
当業者に知られているように、種々の方法によって、回路の対応コンタクトに対して部品のコンタクト位置を（直接的にまたは間接的に）決定しても良い。CCDのようなデジタルの撮像素子を使うことは好適である。代替の方法は、（たとえば、コンタクトの色を識別して位置決定する）フォトダイオード・センサー（コンタクトの金属をセンシングして位置決定する）または近接センサーの使用を含む。位置決定手段は、撮像素子によって測定したデータを処理し、1つ以上のコンタクト位置を決定する撮像プロセッシング・デバイスのような、データ・プロセッシング・デバイスを含む。 As is known to those skilled in the art, the contact position of a component may be determined (directly or indirectly) relative to the corresponding contact in the circuit by various methods. It is preferable to use a digital image sensor such as a CCD. Alternative methods include the use of photodiode sensors (eg, sensing and locating the contact metal) or proximity sensors (eg, identifying and locating the contact color). The position determining means includes a data processing device, such as an imaging processing device that processes data measured by the image sensor and determines one or more contact positions.
材料は好適に、プリント・プロセスによって堆積される。そのプリント・プロセスは好適に非接触プロセスであり、好適にデジタル・プロセスである。このことにより、位置合わせのためにプリント手段を物理的に動作する必要はなく、適切なソフトウエアの使用によって堆積材料の正確な位置を前もって調整し制御できる。さらに、前もって適切な補正がされるので、デジタル・プリントの使用により、対応回路に対して正確に位置あわせする必要のない複数の部品に接続するための方法を使うことができる。インクジェット・プリントはこの目的に特に充分に適合する。典型的な工業的インクジェット・プリントヘッドは約140μm間隔のノズルを持ち、適切な1つのノズルまたは複数ノズルを選択することによって、部品および回路に対してプリントヘッドの機械的な再配置を必要とせずに、かなりの正確さで材料を堆積できる。プリントヘッドを交互配置（インターリーブ）することによって、ノズルピッチを、たとえば４つのインターリーブ・プリントヘッドを用いて、35μmまで減らすことができる。他の可能なデジタル・プリント技術は、粉末トナーを使った、レーザープリントを含む。他の可能なアナログ・プリント技術は、パッド・プリント、スクリーン・プリント、リソグラフ・プリント、グラビア・プリントなどを含む。 The material is preferably deposited by a printing process. The printing process is preferably a non-contact process, preferably a digital process. This eliminates the need to physically operate the printing means for alignment and allows the precise position of the deposited material to be adjusted and controlled in advance by the use of appropriate software. Furthermore, since appropriate corrections are made in advance, the use of digital printing allows the use of a method for connecting to multiple components that do not need to be accurately aligned with the corresponding circuit. Inkjet printing is particularly well suited for this purpose. A typical industrial inkjet printhead has nozzles spaced about 140 μm apart, and by selecting the appropriate nozzle or nozzles, no mechanical repositioning of the printhead to components and circuits is required. In addition, the material can be deposited with considerable accuracy. By interleaving the printheads, the nozzle pitch can be reduced to 35 μm, for example using four interleaved printheads. Other possible digital printing technologies include laser printing using powder toner. Other possible analog printing techniques include pad printing, screen printing, lithographic printing, gravure printing, and the like.
デジタル・プリントと合わせてデジタル画像を使う時、堆積材料の位置および／または形状を調整することによって、正しくは部品および／または電気回路の位置を調整することによって、部品の誤配置を補正するための必要な調整を行うことができる。さらに、複数の部品を処理しても良いし、デジタル・プリンターを使い１パスで、複数の接続を作っても良い。 When using digital images in conjunction with digital prints, to correct misplacement of parts by adjusting the position and / or shape of the deposited material, and correctly adjusting the position of parts and / or electrical circuits Necessary adjustments can be made. Furthermore, a plurality of parts may be processed, or a plurality of connections may be made in one pass using a digital printer.
堆積される材料は普通、適用が簡単なために、できるだけ浮遊状または分散した固形物を持つ液状である。 The material to be deposited is usually a liquid with a suspended or dispersed solid as much as possible for ease of application.
本発明は、電気的接続の形成に対して、半田レス（および鉛フリー）の方法を提供する。半田付けは、点またはスポット接続だけが作られるので、部品のより正確な位置合わせを必要とする。その上、半田付けは、コンタクト間のギャップをブリッジングするために、適切な方法ではない。 The present invention provides a solderless (and lead-free) method for making electrical connections. Soldering requires a more precise alignment of the parts because only point or spot connections are made. Moreover, soldering is not a suitable method for bridging the gap between contacts.
堆積される材料は、コンタクト間の電気的導電体接続を、構成し、形成しまたは形成するように処理可能である、広い範囲の材料から選択しても良い。たとえば、堆積材料は（適切な液体溶媒中で堆積された）金属ナノ粒子を含んでも良い。熱処理、化学処理、紫外線処理などのような適切な処理に関して、その粒子は、共に融合し、アニールし、良好な導電性を持つ接続を形成する。代替として、一つ以上の試薬のその場反応によって、PEDOT（ポリ-3,4-エチレンジオキシチオフェン）のような導電性ポリマーを使ったり、または生産しても良い。たとえばグラファイトまたは銀を含む導電性顔料インクまたはペーストを、代替として堆積し、導電性接続を形成しても良い。堆積材料は代替として金属前駆体を含んでも良い。さらなる可能性として、我々のPCT/GB2004/000358(WO2004/068389)において開示されているように、その場金属化反応によって導電性接続を形成しても良い。この明細書は基板上に導電性金属領域を形成する方法を開示していて、それは、（たとえば、インクジェットプリント、スプレイ、浸漬などによって、好適にはインクジェットプリントを用いて）金属イオン溶液を基板上に堆積するとともに、（たとえば、インクジェットプリント、スプレイ、浸漬などによって、好適にはインクジェットプリントを用いて）還元剤溶液を基板上に堆積し、その結果金属イオンおよび還元剤が溶液中でお互いに反応し、基板上に導電性金属領域を形成することを含む。このアプローチは、コンタクト間に良好な電気的導電性接続を作ることができる。 The material to be deposited may be selected from a wide range of materials that can be configured, formed or processed to form electrical conductor connections between contacts. For example, the deposition material may include metal nanoparticles (deposited in a suitable liquid solvent). For suitable treatments such as heat treatment, chemical treatment, UV treatment, etc., the particles fuse together and anneal to form a connection with good electrical conductivity. Alternatively, conductive polymers such as PEDOT (poly-3,4-ethylenedioxythiophene) may be used or produced by in situ reaction of one or more reagents. For example, a conductive pigment ink or paste containing graphite or silver may alternatively be deposited to form a conductive connection. The deposited material may alternatively include a metal precursor. As a further possibility, conductive connections may be formed by in situ metallization reactions, as disclosed in our PCT / GB2004 / 000358 (WO2004 / 068389). This specification discloses a method of forming a conductive metal region on a substrate, which involves applying a metal ion solution on the substrate (eg, by inkjet printing, spraying, dipping, etc., preferably using inkjet printing). And a reducing agent solution is deposited on the substrate (eg, by inkjet printing, spraying, dipping, etc., preferably using inkjet printing) so that the metal ions and the reducing agent react with each other in the solution. Forming a conductive metal region on the substrate. This approach can make a good electrical conductive connection between the contacts.
本発明の方法は、導電性材料形成反応を活性化するために、好都合なことに触媒または触媒前駆体のような活性剤を基板上に堆積する最初の工程を含む。その堆積は好適に、インクジェットプリントのようなデジタルプリントプロセスによって行われる。導電性材料形成反応は、たとえばWO 2004/068389に開示されているように、上で議論したように金属イオンおよび還元剤の間の反応であっても良い。代替として、当業者に周知なように、無電解メッキ技術を使っても良い。プロセスが浸漬を含む場合は、パッシベーションされた（電気的接触を防止するために、露出した回路上に堆積した非導電性材料の層を持つ）チップ（これらは浸漬に適合するので、たとえば、無電解金属浴において）を使うことは好適である。自動触媒プロセスを取り扱う場合は、その触媒は好適に少量で使用される。活性剤は、接続されるべきコンタクト間に連続接続を提供するはずであるが、（少なくとも、その導電性材料形成反応を補助する（触媒する）金属からコンタクトが形成される時）コンタクトを完全にカバーする必要はなく、実際好適にはカバーしない。すなわち、これは不必要で、材料の浪費であり、さらには最終接続の電気導電率を減少させてしまう可能性がある。この結果、活性剤を、たとえば、コンタクト間に伸ばして薄くストリップ状に、堆積しても良い。後続導電性材料形成反応は、金属コンタクトおよび堆積した活性剤によって活性化され、金属コンタクトおよび堆積した活性剤領域の両方を被覆し接続するように成長して導電性材料になる。 The method of the present invention advantageously includes an initial step of depositing an activator, such as a catalyst or catalyst precursor, on the substrate to activate the conductive material formation reaction. The deposition is preferably done by a digital printing process such as inkjet printing. The conductive material formation reaction may be a reaction between a metal ion and a reducing agent as discussed above, for example as disclosed in WO 2004/068389. Alternatively, electroless plating techniques may be used, as is well known to those skilled in the art. If the process involves immersion, the chip is passivated (with a layer of non-conductive material deposited on the exposed circuit to prevent electrical contact) (these are compatible with immersion, for example, no It is preferred to use (in an electrolytic metal bath). When handling an autocatalytic process, the catalyst is preferably used in small amounts. The activator should provide a continuous connection between the contacts to be connected, but at least when the contacts are formed from a metal that assists (catalyses) the conductive material formation reaction. There is no need to cover, and in fact it is not suitable. That is, this is unnecessary, is a waste of material, and can also reduce the electrical conductivity of the final connection. As a result, the activator may be deposited, for example, in a thin strip extending between the contacts. Subsequent conductive material formation reactions are activated by the metal contacts and the deposited activator, and grow to cover and connect both the metal contacts and the deposited activator regions to become conductive materials.
さらなる可能性として、所望の電気的接続領域よりも広い面積に活性剤を堆積して、その後で、導電性材料形成反応前にそれを不活性化するように、選択的に除去するか処理しても良い。後者のケースにおいて、未処理の活性剤は非導電性でなければならない。 As a further possibility, the activator is deposited over a larger area than the desired electrical connection area and then selectively removed or treated to deactivate it prior to the conductive material formation reaction. May be. In the latter case, the untreated active agent must be non-conductive.
導電性材料の上面に金属層を形成し、それにより導電性を改善するために、無電解または電解メッキ技術をオプションとして、上述の技術と組み合わせて使っても良い。 Electroless or electrolytic plating techniques may optionally be used in combination with the techniques described above to form a metal layer on the top surface of the conductive material, thereby improving conductivity.
たとえば既知の方法で接着剤を使って、基板に部品を固定することは、一般に適切である。適切な接着剤は当業者に周知であり、UV硬化剤およびエポキシ基接着剤を含み、適切な応用技術として、インクジェット・プリントを含む。接着剤は好適には非導電体（すなわち、電気絶縁体）である。後続プロセスで基板から部品の剥離を防止するために、たとえば、触媒インクおよび金属化に対して耐性のある、所望の後続プロセスを考慮して、インクを選択すべきである。 For example, it is generally appropriate to fix the component to the substrate using an adhesive in a known manner. Suitable adhesives are well known to those skilled in the art and include UV curing agents and epoxy-based adhesives, and suitable applications include ink jet printing. The adhesive is preferably a non-conductor (ie, an electrical insulator). In order to prevent delamination of parts from the substrate in subsequent processes, the ink should be selected in view of the desired subsequent process, for example, resistant to catalyst ink and metallization.
コンタクト間に材料を堆積する前に、部品、基板および／または接着剤（存在する場合）の表面に、湿潤制御剤が好都合に適用される。湿潤制御剤は、表面エネルギーを調整することにより、ぬれをコントロールするように作用したり、また、たとえば硬化前、脱湿潤または網状組織を防止する前に、後続の適用液体フィルムを安定して薄く塗らせるように作用する。適切な湿潤制御剤は、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアクリル酸、ポリビニル・アセテート、ポリエチレン・イミン、ポリエチレン酸化物、ポリエチレン・グリコール、ゼラチンおよびそれらのポリマーのようなポリマーを含む。湿潤制御剤はどんな改良方法においても、たとえば、インクジェット・プリントによって、応用することもできる。湿潤制御剤は、典型的に１μ未満、たとえば約100nmの厚みの薄膜形態で適切に適用される。 Prior to depositing material between the contacts, a wetting control agent is conveniently applied to the surface of the component, substrate and / or adhesive (if present). The wetting control agent acts to control wetting by adjusting the surface energy, and stabilizes and thins the subsequent applied liquid film before hardening, for example, before preventing dewetting or networking. It works to make it paint. Suitable wetting control agents include polymers such as polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyacrylic acid, polyvinyl acetate, polyethylene imine, polyethylene oxide, polyethylene glycol, gelatin and polymers thereof. The wetting control agent can also be applied in any improved manner, for example by ink jet printing. The wetting control agent is suitably applied in the form of a thin film, typically less than 1μ, for example about 100 nm thick.
湿潤制御剤は、異なった表面、たとえば基板、接着剤、部品表面に（それは、もっと均一の幅および厚さのトラックを形成する堆積材料につながる）、そうでなければそうなるというよりも、もっと均一の表面エネルギーを作るように作用する。 Wetting control agents can be on different surfaces, such as substrates, adhesives, component surfaces (which leads to deposited material forming a more uniform width and thickness track), more than otherwise Acts to create a uniform surface energy.
堆積材料のトラック幅もまた、堆積される表面、その上の表面塗布剤はどんなものでも、たとえば接着剤、堆積材料の量および堆積材料の組成によって影響を受ける。当業者は、所望の幅の堆積材料のトラックを与えるために、容易に種々のものの適切な組合せを見つけることができる。 The track width of the deposited material is also affected by whatever surface is deposited, the surface coating thereon, for example, the adhesive, the amount of deposited material and the composition of the deposited material. One skilled in the art can readily find a suitable combination of various to provide a track of the desired width of the deposited material.
部品は基板から注目すべきほどに突き出ていて、段差状プロファイル、特に直角のコーナーを有する段差、たとえばプリント回路ボード上に実装されたチップを有する段差を示す場合において、側面（垂直面）および上面（水平面）間の部品の直角エッジをまたがって、材料（特に液状の時）を堆積する際に困難さが生じ得る。特に、部品側面を上方へ液体の連続層を形成する際に困難さが生じ得る。部品の上部の鋭いエッジをぬらす際に、この結果、エッジ境界をまたがって電気的導電性接続を作る時に、特別の困難さが生じる。種々のアプローチがこのような困難さを克服するために提案されている。 Sides (vertical surface) and top surface, when the component protrudes noticeably from the substrate and shows a stepped profile, especially a step with a right-angled corner, for example a step with a chip mounted on a printed circuit board Difficulties can arise when depositing material (especially when liquid) across the right-angled edge of the part between (horizontal). In particular, difficulties can arise when forming a continuous layer of liquid up the side of the part. When wetting the sharp edges at the top of the part, this creates special difficulties when making an electrically conductive connection across the edge boundary. Various approaches have been proposed to overcome this difficulty.
１）直角の上端の場所において、斜角になった、面取りした、円形の、または曲面のエッジを有する部品を提供するために、部品、たとえばチップの設計を変更すること。さらなる可能性として、部品、たとえばチップをより薄くして、この結果段差高さを減少しても良い。 1) Modifying the design of a part, for example a chip, to provide a part with a beveled, chamfered, circular or curved edge at the location of the right top edge. As a further possibility, parts, such as chips, may be made thinner so that the step height is reduced.
２）上端まで（またはそこに可能なほど近くに）まっすぐに伸び、上端をまたぎかつ部品の側面全体に広がり、或いは部品の側面に形成されるコンタクト（パッド）を含むように、部品、たとえばチップの設計を変更すること。液体（たとえば、インク）は典型的には、コンタクトの表面にわたって一般に良くぬれるが、部品の表面には、特にパッシベーションされたチップの場合には余り良くぬれないので、これは役に立つ。その結果、部品の表面に形成するための液状の薄い膜だけの場合にはある傾向がある。液体はコンタクトの方へ引かれる傾向があり、液体が不連続になるおそれがあり、その結果連続的な電気接続を生じなくなる。 2) of a component, eg, a chip, that extends straight up to (or as close as possible to) the upper end, spans the upper end and extends across the entire side of the component, or includes contacts (pads) formed on the side of the component. Change the design. This is useful because the liquid (eg, ink) typically wets well over the surface of the contact, but does not wet well on the surface of the component, especially in the case of a passivated chip. As a result, there is a tendency in the case of only a thin liquid film to be formed on the surface of the component. The liquid tends to be drawn toward the contacts, which can cause the liquid to become discontinuous, resulting in no continuous electrical connection.
３）スロープまたは斜面を形成するために段差の底部に増量した材料を堆積し、その結果段差サイズを減らすかまたは完全に段差をなくす。インクジェット・プリントを用いて、部品の垂直側面に接近するにつれて材料の堆積重量を増やして高くプリントするようにプリンターをプログラミングし、そしてその後で、部品の上面に到達するにつれて堆積重量を減らすことによって、これが容易に達成される。マイクロチップ上に配置されたピンまたは他のコンタクトが回路ボードから離れた方向に導かれるような方向にある、マイクロチップ上に配置されたピンまたは他のコンタクトに対して、回路ボード（または他の基板）上で金属トラックを接続する時に、これは特に役に立ち、その結果、堆積された電気的接続はマイクロチップの側面を伝って上方へ伸ばさなければならない。 3) Deposit an increased amount of material at the bottom of the step to form a slope or slope, thereby reducing the step size or eliminating the step completely. By using ink jet printing to program the printer to increase the material's deposited weight as it approaches the vertical side of the part and print higher, and then reduce the deposited weight as it reaches the top of the part, This is easily accomplished. A circuit board (or other contact) with respect to pins or other contacts located on the microchip in such a direction that the pins or other contacts located on the microchip are directed away from the circuit board. This is particularly useful when connecting metal tracks on the substrate), so that the deposited electrical connections must extend upwards along the sides of the microchip.
しかしながら、このアプローチと関連したある欠点および制限がある。 However, there are certain drawbacks and limitations associated with this approach.
幾つかのチップ（パッシベーションなし）に関して、チップ・エッジを通して回路と接触する可能性があり、その結果、チップのエッジと接触することになるどんな液体（インク）や接着剤でも非導電性でなければならない。この技術はより多くのインク（それは高価である）を消費し、プリントおよび硬化の点からみて、実施することが困難であり、むき出しの回路（存在する場合）に導電性接続を形成するリスクがある。また、もし触媒インク層が厚くなりすぎると、誘発ストレスのせいで金属化の際、基板から剥がれる可能性が有りえる。プリントの余分のインクはまた、横方向広がりを誘発し、その結果プリント線またはトラックは厚くなるに従い広くなる。最も効果的に斜面を作るために、厚い層をプリントしその後で一回の作業で硬化するよりもむしろ、インク層をプリントし、硬化し、その後で別の層をプリントし、硬化し、さらに所望の厚さまで繰り返すことは最善である。これらの理由のために、以下で述べる接着剤斜面ビルディング技術を使うことは公的である。 For some chips (non-passivation), any liquid (ink) or adhesive that may come into contact with the circuit through the chip edge and thus contact the chip edge must be non-conductive Don't be. This technique consumes more ink (which is expensive), is difficult to implement in terms of printing and curing, and has the risk of forming a conductive connection in the exposed circuit (if present) is there. Also, if the catalyst ink layer becomes too thick, there is a possibility of peeling from the substrate during metallization due to induced stress. The extra ink on the print also induces lateral spread so that the print line or track becomes wider as it gets thicker. Rather than printing a thick layer and then curing in a single operation to print the slope most effectively, the ink layer is printed and cured, then another layer is printed and cured, and further It is best to repeat to the desired thickness. For these reasons, it is public to use the adhesive slope building technology described below.
４）部品の側面で垂直段差を取り除くかスムーズにすることによって材料の堆積を容易にするために、部品側面を上方へ伝って接着剤斜面を形成し、基板表面から部品の天辺へ導くこと。このアプローチは、２重機能を実現する接着剤を用いて、基板上の適所に部品を固定する接着剤を使うことができる。その斜面は正（凸状）または負（凹状）のメニスカスを有する。一つの好適な斜面は部品のコーナーから90度の角度を取り除くものである。すなわち、部品から接着剤への移行に従い、フラットでそれから基板へゆるやかに傾斜する曲線になっているもの。高周波回路に関して、接着剤斜面が付加的にトップエッジとコンタクトとの間の部品の領域をカバーすることは有益であるかも知れない。これは、導電体トラックと部品との間の距離を増加させ、その結果発生するどんな結合容量をも減少させるだろう。 4) In order to facilitate material deposition by removing or smoothing vertical steps on the side of the part, an adhesive slope is formed along the side of the part, leading from the substrate surface to the top of the part. This approach can use an adhesive that secures the component in place on the substrate using an adhesive that provides a dual function. The slope has a positive (convex) or negative (concave) meniscus. One preferred slope is one that removes a 90 degree angle from the corner of the part. In other words, it is a curve that is flat and then gently slopes from the board to the board as it moves from component to adhesive. For high frequency circuits, it may be beneficial for the adhesive ramp to additionally cover the area of the part between the top edge and the contact. This will increase the distance between the conductor track and the component and will reduce any resulting coupling capacitance.
接着剤は部品配置の前後に適用できる。前者の場合において、適切な位置にある基板上に接着剤を（コンタクトを完全にはカバーしないように、たとえば、接着剤を注意深く配置することによって、または金属コンタクトをカバーしない非湿潤接着剤を使うことによって）配置し、その後で部品を接着剤上に適所に配置することができる。接着剤は置き換えられ、正のメニスカスを有して基板表面から部品側面を伝って上方へ導く斜面を形成する傾向がある。代わりに、部品を基板上に直接適所に配置することができる。それから基板表面から部品側面を伝って上方へ導く斜面を形成するために、接着剤を適用することができる。この場合はたぶん負のメニスカスを有する。両方のケースにおいて、その後で、接続するべきコンタクト間に材料を堆積し、材料は接着剤斜面を上方へかつ越えて通る。 Adhesive can be applied before and after component placement. In the former case, the adhesive is placed on the substrate in the proper position (for example, by carefully placing the adhesive so as not to cover the contacts completely, or by using a non-wetting adhesive that does not cover the metal contacts The component can then be placed in place on the adhesive. The adhesive is replaced and tends to form a slope with a positive meniscus that leads upward from the substrate surface along the component side. Alternatively, the components can be placed in place directly on the substrate. An adhesive can then be applied to form a ramp leading from the substrate surface down the component side and leading upward. In this case, it probably has a negative meniscus. In both cases, material is then deposited between the contacts to be connected, and the material passes upwards and beyond the adhesive ramp.
アプローチ３および４に関して、部品の側面の上方へ斜面を形成する材料は部品の側面と接触し（を濡らし）、その結果斜面と部品との間にギャップが残らないということは重要である。これを補助する方法として、（たとえば、PVP）表面エネルギーを調整することによって濡れ性を制御したり、また、たとえば硬化（脱濡れ性または網状組織を防止）する前に、液状膜を安定して広げた状態にしておくために、上で述べたように、湿潤制御剤（たとえば、PVP）を用いて部品を前処理しても良い。露出した回路が存在するとき、導電性材料が部品と接着剤斜面との間に浸み込むことを防止するために、接着剤が部品の側面に対して良好なシール結合を形成することもまた重要である。 With respect to approaches 3 and 4, it is important that the material forming the bevels above the side of the part contacts (wets) the side of the part, so that no gap remains between the bevel and the part. To assist this, we can control wettability by adjusting surface energy (eg PVP), or stabilize the liquid film before hardening (preventing dewetting or networking), for example. In order to leave it unfolded, the part may be pretreated with a wetting control agent (eg, PVP) as described above. It is also possible that the adhesive forms a good seal bond to the side of the component to prevent the conductive material from penetrating between the component and the adhesive ramp when exposed circuitry is present. is important.
その方法は、基板上に部品を配置する前に電子部品が配置されるべき基板上に一つ以上の材料を堆積する工程を含んでも良い。たとえば、電子部品が配置されるべき所に、導電性金属層を堆積しても良い。これはヒートシンクとして機能しても良い。ヒートシンクを必要とする電子部品、たとえば、マイクロチップ、を基板から離れた所に位置する一つ以上のコンタクトを用いて配置する時に、これが特に役に立つ。一般に、ヒートシンクを必要とするマイクロチップは一方向に伸びたコンタクトピン、反対方向には、ヒートシンクに熱的に接続することになる面を持つ。しかし、基板表面にヒートシンクを堆積することによって、マイクロチップまたは他の電子部品を、基板に向いている面でヒートシンクにうまく熱的に接続し、基板から離れて向いている面上のビア・コンタクト・パッドのような、一つ以上の他の面で回路に電気的に接続することが可能である。電子部品とヒートシンクとの間の熱伝導を改良するために、導電体金属層の上に熱良導体材料を堆積しても良い。 The method may include depositing one or more materials on the substrate on which the electronic component is to be placed before placing the component on the substrate. For example, a conductive metal layer may be deposited where an electronic component is to be placed. This may function as a heat sink. This is particularly useful when placing electronic components that require a heat sink, such as a microchip, using one or more contacts located away from the substrate. In general, a microchip that requires a heat sink has a contact pin extending in one direction and a surface that will be thermally connected to the heat sink in the opposite direction. However, by depositing a heat sink on the substrate surface, a microchip or other electronic component is successfully thermally connected to the heat sink on the side facing the substrate, and via contacts on the side facing away from the substrate It can be electrically connected to the circuit at one or more other surfaces, such as a pad. In order to improve the heat conduction between the electronic component and the heat sink, a good thermal conductor material may be deposited on the conductive metal layer.
その方法は、基板および一つ以上の部品の全体組立品上に、保護膜（たとえば、ポッティングまたは封止層）をプリントすることを含んでも良い。 The method may include printing a protective film (eg, a potting or sealing layer) on the entire assembly of the substrate and one or more components.
上述の種々の方法を使って、色々なオプションのプリント工程を付加しても良い。 Various optional printing steps may be added using the various methods described above.
その方法はバッチ処理として行っても良いが、好適には、たとえば生産ライン／コンベヤー上で連続的に作業される。この場合において、異なる段階のプロセスで異なる部品上に異なる位置で、配置、位置検出及び（一つ以上の材料の）堆積工程を同時に行うことが可能であり、その結果スループットを高めることができる。 The method may be performed as a batch process, but is preferably operated continuously, for example on a production line / conveyor. In this case, it is possible to simultaneously perform placement, position detection and deposition (of one or more materials) at different locations on different parts in different stages of the process, resulting in increased throughput.
本発明はRFIDタグの生産において特別の応用を見出す。本発明の方法をRFIDチップをRFIDアンテナに接続するために使っても良い。RFIDチップ上のコンタクトに直接RFIDアンテナをプリントするために、異なった工程でチップおよびアンテナの間の接続を形成しないで、一回の工程でアンテナ形成とチップへの接続を行うための材料の堆積をして、その方法を代替的に使っても良い。 The present invention finds particular application in the production of RFID tags. The method of the present invention may be used to connect an RFID chip to an RFID antenna. To print the RFID antenna directly on the contact on the RFID chip, without depositing the connection between the chip and the antenna in different steps, the material deposition for antenna formation and connection to the chip in a single step You can use that method as an alternative.
コンタクト同士の電気的接続を行うために堆積技術の使用は、簡単で便利で万能のアプローチである。 The use of deposition techniques to make electrical connections between contacts is a simple, convenient and versatile approach.
さらに、検出工程を含む好適な実施形態においては、そこに接続する回路に対して（少なくともほぼ正確に）部品を適所に配置した後で、その回路の対応コンタクトに対して、部品コンタクトの位置を検出することによる先行技術と、本発明の方法は異なる。電気的接続を形成するために処理されるか形成する材料を用いて、材料を堆積し、一般にコンタクトを接続することによって、電気的接続がコンタクトの検出された位置の間に形成される。結果として、後で検出されるように、正しい位置で接続形成材料を堆積することによって、配置ミスに対応することが可能であるから、全体的に正確に回路に対して部品を位置合わせする必要はない。本発明において部品を正確に配置する必要性は、周知技術と比較する時、顕著に減少できる。その結果、潜在的に改良した生産速度と低い装置コストで、部品をさらに速く配置できる。さらに、接続されるコンタクトの実際の位置を検出し、それらの間の接続を行うことは、現在の部品配置技術よりもっと正確に達成できる。デジタル画像技術を用いて、±1ミクロン以下の精度まで検出することができる。一方最良の現行部品配置の制度は典型的には±30ミクロンのオーダーである。 Furthermore, in a preferred embodiment including a detection step, after placing the component in place (at least approximately exactly) with respect to the circuit connected thereto, the position of the component contact relative to the corresponding contact of the circuit is determined. The method of the present invention differs from the prior art by detecting. An electrical connection is formed between the detected locations of the contacts by depositing the material and generally connecting the contacts using the material that is processed or formed to form the electrical connections. As a result, it is possible to cope with misplacement by depositing the connection-forming material in the correct position, as will be detected later, so that it is necessary to align the component with respect to the circuit accurately overall. There is no. The need for precise placement of parts in the present invention can be significantly reduced when compared to known techniques. As a result, parts can be placed faster with potentially improved production rates and lower equipment costs. Furthermore, detecting the actual position of the contacts to be connected and making a connection between them can be achieved more accurately than current component placement techniques. Using digital image technology, it can detect to an accuracy of ± 1 micron or less. On the other hand, the best current part placement system is typically on the order of ± 30 microns.
本発明の他の利点は、インターポーザーなどの上への実装工程、バンプ工程のような特別なプロセスを必要としないで、標準的な方法で部品を使用する能力を含む。すなわち、たとえば、華奢なワイヤボンドを被覆する必要は何もないし、バンプを形成する必要も何もないし、ワイヤボンドの高コストおよび難しさと比較して単純で、特殊接着剤を使う必要も何もなく、最終項目の生産において工程またはプロセスの数を減らす。堆積をデジタルプロセスにより行うとき、適切なソフトウエア・コントロールの使用により変更生産も可能であるので、開発試作品、１個限定品およびカスタム製品でもコスト効率良く生産できる。堆積を非接触プロセス（たとえば、インクジェット・プリント）で行うとき、たとえば、３次元物体上のような必ずしもフラットでない表面上に接続を作ることができる。 Other advantages of the present invention include the ability to use components in a standard manner without the need for special processes such as mounting processes on the interposer or the like, bump processes. That is, for example, there is no need to coat delicate wire bonds, no need to form bumps, simple compared to the high cost and difficulty of wire bonds, and no need to use special adhesives Without reducing the number of steps or processes in the production of the final item. When depositing by a digital process, modified production is possible by using appropriate software controls, so even development prototypes, limited editions and custom products can be produced cost-effectively. When the deposition is performed in a non-contact process (eg, ink jet printing), the connection can be made on a surface that is not necessarily flat, such as on a three-dimensional object.
本発明はまた、部品のコンタクトを電気回路の対応コンタクトへ電気的に接続するための装置をその範囲内で含み、接続のための回路に対して適所に部品を配置するための配置手段を含み、またコンタクト間に材料を堆積するための堆積手段、コンタクト間に電気接続を形成するために、形成できるかまたは形成するように処理できる材料を含む。 The present invention also includes within its scope an apparatus for electrically connecting a component contact to a corresponding contact in an electrical circuit, including positioning means for positioning the component in place relative to the circuit for connection. And deposition means for depositing material between the contacts, including materials that can be formed or processed to form electrical connections between the contacts.
その装置は好適にはまた、回路の対応コンタクトに対して部品のコンタクト位置を検出するための検出デバイスを含む。この場合において、堆積手段はコンタクトの検出される位置の間に材料を堆積するためである。 The apparatus preferably also includes a detection device for detecting the contact position of the component relative to the corresponding contact of the circuit. In this case, the deposition means is for depositing material between the detected positions of the contacts.
これらの機能を実行するための適切な手段は上で説明されている。 Suitable means for performing these functions are described above.
この結果、配置手段は都合よくコンピューター・コントロールのピック・アンド・プレイス・ロボットのようなメカニカル・デバイスを含む。単一配置手段は、複数の部品を同時にまたは連続的に配置しても良い。 As a result, the placement means conveniently includes a mechanical device such as a computer controlled pick and place robot. The single arrangement means may arrange a plurality of parts simultaneously or sequentially.
検出デバイスは好適には、CCDカメラのようなデジタル画像デバイスを含む。その検出手段は、画像デバイスによって測定されたデータを処理し、一つ以上のコンタクトの位置を決定するために、画像処理デバイスのようなデータ処理デバイスを含んでも良い。 The detection device preferably comprises a digital imaging device such as a CCD camera. The detection means may include a data processing device, such as an image processing device, for processing data measured by the imaging device and determining the location of one or more contacts.
堆積手段は好適には、一つ以上のインクジェット・プリンターのようなデジタル・プリント手段を含む。装置の色々な部品は、コンピューター・コントロール手段によって、同期化された操作のために、すべてタイミング良く制御される。 The deposition means preferably includes digital printing means such as one or more ink jet printers. The various parts of the device are all controlled in a timely manner by the computer control means for synchronized operation.
本発明はまた、その結果生じる接続された部品および回路（すなわち、本発明の方法または本発明の装置を使うことによって、接続される部品を含む電気回路）をカバーする。 The present invention also covers the resulting connected components and circuits (ie, electrical circuits that include components that are connected by using the method of the present invention or the apparatus of the present invention).
本発明の典型的な応用は、当業者に明らかなように、（基板上でRFIDチップをアンテナに接続し、また可能ならアンテナも形成する）RFIDの生産において、スマートカード。クレジットカード、電子セキュリティ・デバイスおよび多くの他のものを含む。 Typical applications of the present invention are smart cards in the production of RFID (which connects the RFID chip to the antenna on the substrate and, if possible, also forms the antenna), as will be apparent to those skilled in the art. Includes credit cards, electronic security devices and many others.
本発明は、次の実施例において実例によって、また添付図面を用いて、さらに説明される。 The invention is further illustrated by way of example in the following examples and using the accompanying drawings.
図１は、本発明による方法および装置を使って、基板上のコンタクトに接続された部品の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of components connected to contacts on a substrate using the method and apparatus according to the present invention.
図２は、図１に示される部品および基板の平面図である。 FIG. 2 is a plan view of the component and the substrate shown in FIG.
図３は、本発明による装置の一つの実施形態の配置図である。 FIG. 3 is a layout diagram of one embodiment of an apparatus according to the present invention.
（図面の詳細な説明）
図を参照すると、図１および２は、電気回路の一部を形成する金属配線１２および１４を搭載するプラスチックシート材料の基板１０の一部を示す。配線１２および１４は、その上部表面に金属コンタクト１８および２０を持つ電気部品１６のコンタクトで終端する。チップ１６のフットプリントに対応したフットプリントを持つ金属ヒートシンク２２は、PCT/GB2004/000358(WO2004/068389)のその場(in situ)金属化法をうまく使って、基板上に形成される。
(Detailed description of the drawings)
Referring to the figures, FIGS. 1 and 2 show a portion of a
部品１６は、コンピューター２６（図３に模式化して示される）の制御下で、ピック・アンド・プレイス・ロボット２４（図３に模式化して示される）を使って、少なくともほぼ正確な位置において、基板１０上で、ヒートシンク２２の上に配置される。その後で、その基板およびチップは、CCDカメラ２８（図３に模式化して示される）を使って撮像され、配線１２および１４の終端でコンタクトの実際の位置、並びに部品のコンタクト１８および２０を（直接または間接に）検出する。それから、インクジェットプリンター３０（図３に模式化して示される）を使って、配線終端１２とコンタクト１８との間、および配線終端１４とコンタクト２０との間の段差において、接着剤が堆積され、接続すべき２組のコンタクトをほぼ連結する、それぞれの斜面領域である接着剤３２および３４を形成する。接着剤は、コンピューター２６の制御下で、CCDカメラ２８によって決定されたコンタクトの検出された位置の間に、正確に供給される。インクジェットプリンター３６（図３に模式化して示される）を使って、コンピューター２６の制御下で、配線終端１２およびコンタクト１８の間で接着剤斜面３２の上を、また配線終端１４およびコンタクト２０の間で接着剤斜面３４の上を、伸ばすように材料が堆積され、材料は、CCDカメラ２８によって決定されたコンタクトの検出位置の所に正確に置かれる、堆積材料は、たとえばWO2004/068389のその場(in situ)金属化法を使って、それぞれの電気的接続線４０および４２を形成し、または形成するように処理される。
The
この２つの接続線は、連続的にまたは同時に形成しても良い。部品１６は基板１０によって搭載される電気回路に接続される。
The two connection lines may be formed continuously or simultaneously. The
本発明は次の実施例においてさらに説明される。 The invention is further described in the following examples.
＜実施例１＞
（接着剤なし）
回路を有してプリントされた、フレキシブル・メリネックス（メリネックス(Melinex)は商標）ポリエステル・シートは、EM4100読出し専用コンタクトレス・識別チップ（EMマイクロエレクトロニクス）に連結するための４つの接続線を持つ。このチップは平面的に1016 x 1041ミクロン、厚さ440ミクロンであり、チップの下面に4つのコンタクトが配列されている。コンタクトのうちの２つは76 x 76ミクロンで、他の２つは95 x 95ミクロンである。
<Example 1>
(No adhesive)
Printed with circuit, the flexible Melinex (Melinex trademark) polyester sheet has four connection lines for connection to an EM4100 read-only contactless identification chip (EM microelectronics). This chip is 1016 × 1041 microns in plan and 440 microns thick, and four contacts are arranged on the lower surface of the chip. Two of the contacts are 76 x 76 microns and the other two are 95 x 95 microns.
フジCP7（フジ(Fuji)は商標）シリーズ高速チップ「ピック・アンド・プレイス」ロボットは、チップ上面に視認可能なコンタクトを持つチップを基板上に配置するために使われる。このロボットは、±66ミクロンの精度で１時間当たり52,941部品を配置する能力がある。 The Fuji CP7 (Fuji is a trademark) series high speed chip “Pick and Place” robot is used to place on the substrate a chip with visible contacts on the top surface of the chip. This robot is capable of placing 52,941 parts per hour with an accuracy of ± 66 microns.
その後で、ナショナル・インスツルメンツ製「NIビジョンシステム1400」（ナショナル・インスツルメンツ(National Instruments)は商標）マシーン・ビジョンシステムは、プリント回路のコンタクトに対応して、チップの位置を正確に検出するために使われる。このシステムは、基板上のチップ位置を撮像し、プリントすべき導電体接続画像を修正するために、ラブビュー（ラブビュー(LabView)は商標）ソフトウエアととともにNIPCI-1409画像キャプチャー・ボードに連結した、RS-170カメラを使う。 The National Instruments NI Vision System 1400 (National Instruments is a trademark) machine vision system is then used to accurately detect the position of the chip in response to printed circuit contacts. Is called. This system is connected to the NIPCI-1409 image capture board along with LabView (LabView is a trademark) software to image the chip location on the board and modify the conductor connection image to be printed, Use an RS-170 camera.
修正画像はプリント・ヘッド・コントローラーのキセニアXPC-XJ500（キセニア(Xennia）は商標）に送られる。このシステムはキサージェット500/360（キサージェット(XaarJet)は商標）プリントヘッドで、これは180dpi間隔で配列した500個のノズルを持ち、40pL液滴をプリントする。そのプリントヘッドは70mm幅の帯状で基板を走査し、PCB上のコンタクトおよびチップ上のコンタクトの間で、75ミクロン幅で5mm長さの接続線を形成する流体をプリントする。 The modified image is sent to the print head controller Xenia XPC-XJ500 (Xennia is a trademark). This system is a Xerjet 500/360 (XaarJet is a trademark) printhead, which has 500 nozzles arranged at 180 dpi intervals and prints 40 pL droplets. The print head scans the substrate in a 70 mm wide strip and prints a fluid that forms a 75 micron wide, 5 mm long connection line between the contacts on the PCB and the contacts on the chip.
プリントされる流体は表１に特定される製剤のような、パラジウムイオン含有活性剤インクであっても良い。表１において、材料の量は、％w/wとして示されている。
イルガキュア（Irgacure）1700、イルガキュア819およびアクチラン（Actilane）505は商標である。PVP K30は、インターナショナル・スペシャルティ・プロダクト製のK30級のポリビニルピロリドンであり、それは60,000〜70,000の分子量を持つ。アクチラン505は、UKマンチェスターのAKZOノーベルUVレジン社製の反応性四官能性・ポリエステル・アクリル酸オリゴマーである。DPHA（ジペンタエリトリトール・ヘキサアクリレート）はベルギー・ドラゲンボス(Dragenbos)のUCB製の六官能性モノマーである。イルガキュア819およびイルガキュア1700は、UKマックルズフィールドのチバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製UV光開始剤である。DPGAは、ベルギー・ドラゲンボスのUCB製のジプロピレン・グリコール・ジアクリレートである。 Irgacure 1700, Irgacure 819 and Actilane 505 are trademarks. PVP K30 is a K30 grade polyvinylpyrrolidone from International Specialty Products, which has a molecular weight of 60,000-70,000. Activin 505 is a reactive tetrafunctional polyester / acrylic acid oligomer manufactured by AKZO Nobel UV Resin, UK Manchester. DPHA (dipentaerythritol hexaacrylate) is a hexafunctional monomer made by UCB of Dragenbos, Belgium. Irgacure 819 and Irgacure 1700 are UV photoinitiators from Ciba Specialty Chemicals, UK Macclesfield. DPGA is a dipropylene glycol diacrylate made by UCB, Dragenbos, Belgium.
活性剤インクは、H電球の付いたフュージャン（フュージャン(Fusion)は商標）UV500Wランプを使って、硬い膜になるまで硬化される。活性剤フィルムは、その後、還元剤（ジメチルアミンボラン）で処理され、パラジウムイオンをパラジウム金属へ還元し、金属堆積反応の触媒を発生させる。 The activator ink is cured to a hard film using a Fujan (Fusion is a trademark) UV500W lamp with an H bulb. The activator film is then treated with a reducing agent (dimethylamine borane) to reduce the palladium ions to palladium metal and generate a catalyst for the metal deposition reaction.
触媒は、その後で銅層形成溶液（エンプレート872A(30%w/w)、エンプレート872B(30%w/w)、エンプレート872C(10%w/w)、t-ブタノール(5%w/w)、エチレン・グリコール(20%w/w)、およびポリエチレン・グリコール1500(5%w/w)からなる）を用いて処理される。（エンプレート872A、872Bおよび872Cは、UKウォーキングのエントン社製の銅メッキ液である。エンプレート(Enplate)は商標）この処理を、活性剤の適用に類似する、第二のインクジェット・プリント工程により、または、メッキ浴プロセスにおける無電解により適用しても良い。この溶液は、約２分間適用し、約１ミクロン厚みの銅層を形成する。それはプリント回路コンタクトとチップ・コンタクトとの間で導体接続を形成する。 The catalyst was then added to a copper layer forming solution (Emplate 872A (30% w / w), Enplate 872B (30% w / w), Enplate 872C (10% w / w), t-butanol (5% w / w). / w), ethylene glycol (20% w / w), and polyethylene glycol 1500 (5% w / w)). (Emplates 872A, 872B and 872C are copper plating solutions from Enton, UK walking. Enplate is a trademark) This process is a second inkjet printing process similar to the application of an activator. Or by electroless in the plating bath process. This solution is applied for about 2 minutes to form a copper layer about 1 micron thick. It forms a conductor connection between the printed circuit contact and the chip contact.
＜実施例２＞
（接着剤斜面の付加）
実施例１の方法が、次の付加を伴って、繰り返される。チップ配置後で撮像前に、フジGL-541E高速接着剤ディスペンサーが使われ、チップの両側面に、次にコンタクトに、１秒当たり11滴の速度でエポキシ接着剤の液滴をディスペンスし、アップ・アンド・オーバーでプリントされるべき導電性接続用の小さな接着剤斜面を形成する。
<Example 2>
(Addition of adhesive slope)
The method of Example 1 is repeated with the following additions. Fuji GL-541E high-speed adhesive dispenser is used after chip placement and before imaging, dispensing epoxy adhesive drops at a rate of 11 drops per second on both sides of the chip and then on the contacts and up Form a small adhesive ramp for conductive connections to be printed on and over.
＜実施例３＞
回路を有してプリントされるフレキシブル・メリネックス（メリネックス(Melinex)は商標）ポリエステル・シートは、EMマイクロエレクトロニクス製EM4100読出し専用コンタクトレス識別チップに接続される４つの接続を持つ。チップは、平面的には1016 x 1041ミクロンで厚みが440ミクロン、チップの下面に配列された4つのコンタクトを持つ。２つのコンタクトは、76 x 76ミクロンで、他の２つは95 x 95ミクロンである。
<Example 3>
A flexible Melinex (Melinex trademark) polyester sheet printed with circuitry has four connections that are connected to an EM microelectronics EM4100 read-only contactless identification chip. The chip is 1016 x 1041 microns in plan and 440 microns thick and has four contacts arranged on the lower surface of the chip. The two contacts are 76 x 76 microns and the other two are 95 x 95 microns.
フジGL-541E（フジ(Fuji)は、商標）高速接着剤ディスペンサーは、チップが配置されるべき場所に、次にコンタクトに、１秒当たり11滴の速度でエポキシ接着剤の液滴をディスペンスするために使われる。チップ配置に関して、アップ・アンド・オーバーでプリントされるべき導電性接続用として、接着剤のメニスカス斜面がチップ側面に発生するように、余分の接着剤も適用される。 Fuji GL-541E (Fuji is a trademark) high-speed adhesive dispenser dispenses a drop of epoxy adhesive at a rate of 11 drops per second where the chip is to be placed and then to the contact Used for. With respect to chip placement, extra adhesive is also applied for conductive connections to be printed up-and-over so that a meniscus ramp of the adhesive occurs on the side of the chip.
フジCP7シリーズ高速チップ「ピック・アンド・プレイス」ロボットが、チップ上面の視覚可能なコンタクトを用いて、基板上にチップを配置するために使われる。このロボットは、±66ミクロンの精度で1時間当たり52,941個の部品を配置可能である。 Fuji CP7 series high-speed chip “Pick and Place” robot is used to place the chip on the substrate using the visible contact on the top of the chip. This robot can place 52,941 parts per hour with an accuracy of ± 66 microns.
ナショナルインスツルメンツ「NIビジョンシステム1400」マシーンビジョンシステムは、その後で、プリント回路のコンタクトに対応して、チップの位置を正確に検出するために使われる。このシステムは、ラブビュー・ソフトウエアと合わせて、NI・PCI-1409画像キャプチャーボードに接続したRS-170カメラを使い、正確に、基板上のチップ位置を撮像し、それによってプリントされるべき導電性接続を修正する。 The National Instruments “NI Vision System 1400” machine vision system is then used to accurately detect the position of the chip in response to printed circuit contacts. This system, together with the Love View software, uses an RS-170 camera connected to the NI PCI-1409 image capture board to accurately image the chip location on the board and thereby the conductivity to be printed. Correct the connection.
この修正画像はプリント・ヘッドコントローラー、キセニアXJ1500に送られる。このシステムは、180dpi間隔で配列した500個のノズルを持ち、40pL液滴をプリントするキサージェット（XaarJet）500/360プリントヘッドを駆動する。このプリントヘッドは、70mm幅の帯状で基板に渡って走査され、PCB上のコンタクトおよびチップ上のコンタクトの間に、75mm幅で5mm長さの接続線を形成する流体をプリントする。 This modified image is sent to the print head controller, Xenia XJ1500. This system has 500 nozzles arranged at 180 dpi intervals and drives a XaarJet 500/360 printhead that prints 40 pL droplets. The print head is scanned across the substrate in a 70 mm wide strip and prints a fluid that forms a 75 mm wide and 5 mm long connecting line between the contacts on the PCB and the contacts on the chip.
この流体は、下の表２に特定される製剤を持つパラジウム含有活性剤インクである。表２において、材料の量は％w/wとして表わされる。
イルガキュア1700、イルガキュア819およびアクチラン505は商標である。インターナショナル・スペシャリティ・プロダクツ社のPVP K30はK30級ポリビニルピロリデンで、60,000および70,000の間の分子量を持つ。アクチラン505は、UKマンチェスターのAKZOノーベルUVレジン社製の反応性四官能性ポリエステル・アクリル酸オリゴマーである。DPHA（ジペンタエリトリトール・ヘキサアクリレート）はベルギー・ドラゲンボス (Dragenbos)のUCB製の六官能性モノマーである。イルガキュア819およびイルガキュア1700は、UKマックルズフィールドのチバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製UV光開始剤である。DPGAは、ベルギー・ドラゲンボスのUCB製のジプロピレン・グリコール・ジアクリレートである。 Irgacure 1700, Irgacure 819 and Actilan 505 are trademarks. International Specialty Products PVP K30 is a K30 grade polyvinylpyrrolidene with a molecular weight between 60,000 and 70,000. Activin 505 is a reactive tetrafunctional polyester / acrylic acid oligomer manufactured by AKZO Nobel UV Resin, UK Manchester. DPHA (Dipentaerythritol Hexaacrylate) is a hexafunctional monomer from UCB of Dragenbos, Belgium. Irgacure 819 and Irgacure 1700 are UV photoinitiators from Ciba Specialty Chemicals, UK Macclesfield. DPGA is a dipropylene glycol diacrylate made by UCB, Dragenbos, Belgium.
プリントされるとすぐに、活性剤インクは、H-電球付きのフュージョンUV500Wランプを使って、膜が硬くなるまで硬化される。活性化剤フィルムが、その後で1.6%ジメチルアミンボラン(DMAB)を含む浴中の浸漬による還元剤を用いて処理され、パラジウム・イオンをパラジウム金属に還元し、金属堆積反応用の触媒を発生させる。 Once printed, the activator ink is cured using a fusion UV500W lamp with an H-bulb until the film is hardened. The activator film is then treated with a reducing agent by immersion in a bath containing 1.6% dimethylamine borane (DMAB) to reduce the palladium ions to palladium metal and generate a catalyst for the metal deposition reaction. .
触媒は、その後で銅層形成溶液（エンプレート872A(10.71%w/w)、エンプレート872B(10.71%w/w)、エンプレート872C(3.57%w/w)、水(75%w/w)からなる）を用いて処理される。（エンプレート872A、872Bおよび872Cは、UKウォーキングのエントン社製の銅メッキ液である。エンプレート(Enplate)は商標）この処理を、メッキ浴プロセスにおける無電解により適用しても良い。この溶液を約２分間適用し、約0.5ミクロン厚みの銅層を形成する。それはプリント回路コンタクトとチップ・コンタクトとの間で導体接続を形成する。接続線の抵抗はおよそ3〜4Ω/cmだった。 The catalyst was then added to a copper layer forming solution (Emplate 872A (10.71% w / w), Enplate 872B (10.71% w / w), Enplate 872C (3.57% w / w), Water (75% w / w ). (Emplates 872A, 872B and 872C are copper plating solutions manufactured by Enton, UK walking. Enplate is a trademark) This treatment may be applied electrolessly in a plating bath process. This solution is applied for about 2 minutes to form a copper layer about 0.5 microns thick. It forms a conductor connection between the printed circuit contact and the chip contact. The resistance of the connection line was approximately 3-4 Ω / cm.
１０・・・基板、１２・・・配線、１４・・・配線、１６・・・部品、
１８・・・コンタクト、２０・・・コンタクト、２２・・・ヒートシンク、
２４・・・ロボット、２６・・・コンピューター、２８・・・CCDカメラ、
３０・・・インクジェットプリンター、３２・・・接着剤斜面、３４・・・接着剤斜面、
３６・・・インクジェットプリンター、４０・・・電気接続線、４２・・・電気接続線
10 ... Board, 12 ... Wiring, 14 ... Wiring, 16 ... Parts,
18 ... contact, 20 ... contact, 22 ... heat sink,
24 ... Robot, 26 ... Computer, 28 ... CCD camera,
30 ... Inkjet printer, 32 ... Adhesive slope, 34 ... Adhesive slope,
36 ... Inkjet printer, 40 ... Electrical connection line, 42 ... Electrical connection line
Claims (24)
An electronic product comprising a circuit according to claim 23.
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