JP4206202B2 - ２つの基板の端子領域を熱的に接続させる接続方法およびこの接続に使用する接触装置 - Google Patents

２つの基板の端子領域を熱的に接続させる接続方法およびこの接続に使用する接触装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文による接続方法に関する。また、本発明は、上記接続方法の実施に好適し且つ請求項２の前文に従って実現される接触装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板の端子領域を別の基板の端子領域に接触させるため、例えば、支持基板にチップを接触させるために、チップが支持基板に接続される接続位置、すなわち、チップのチップ端子領域が支持基板に割当てられた端子領域に対向して配置される接続位置にチップを搬送し、この後、チップをその後面から加熱することが知られている。これは、チップの後面の反対側に配置されたチップ端子領域を熱伝導により接続温度まで加熱するために行われる。すなわち、チップ端子領域と支持基板の端子領域との間に配置された接続材料が溶融温度まで加熱され、一体的な電気接続が端子領域間にてなされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の目的のために接続装置または接触装置を用いることが知られており、接続装置または接触装置は、いわゆる「サーモード」、すなわち、電流が印加されたときに、特に通常はテーパ状断面のサーモード接触領域で高い熱損失を生じる電気加熱抵抗を有している。この熱損失は、基板たとえばチップの後面を加熱するために利用される。サーモードからチップへの熱伝達が熱伝導形式で生起されるので、異なる要素間すなわちサーモードとチップとの間の熱抵抗は、チップでの接続温度への到達に要する時間に悪影響を及ぼす。これは、実際の応用において、サーモードを数ミリ秒以内にて所要温度まで加熱可能であるが、サーモードとチップ間の熱抵抗に起因してチップを接続温度まで加熱するのに要する時間が５〜１０秒の範囲内となり、サーモードの加熱に要する時間の倍数になることを意味している。また、サーモード接触領域に高温負荷が加わることに起因して、サーモード接触領域の変形がしばしば生じ、チップとの表面接触が減じると共に昇温時間に悪影響を及ぼす熱抵抗が更に増大する。
【０００４】
これに加えて、チップの熱容量に比べてサーモードの熱容量が極めて大きいので、実際の応用において、チップ昇温時間が長くなることがある。
チップまたはチップ端子領域における接続温度への到達に要する昇温時間が長くなるので、従来法は、高温に敏感な基板たとえばＰＶＣまたはポリエステルの基板への適用に好適しない。結局、ＰＶＣ、ポリエステルやこれに類した温度に弱い感温性材料からなる支持基板上でチップを使用するチップカードの製造に従来法を利用することは不可能である。
【０００５】
具体的には、特開昭６０−１６２５７４号公報には、ガラスファイバを介して供給されると共にレンズにより焦点調整されるレーザエネルギにチップ部品の後面を晒すようにした装置が記載されている。チップ部品は、負圧装置により適所に保持される。負圧装置は、ガラスファイバチャネルとは別個に実現される。
ＷＯ９７／１２７１４には、無接触で選択的に部品を半田付けしまたは部品の半田を除去する装置が記載されている。この装置では、堅固な石英ガラス管により赤外線ランプの光が部品に向けられる。石英ガラス管の内部は、部品を石英ガラス管上に保持可能なように部品に負圧を加える機能を有する。
【０００６】
米国特許４，９０６，８１２号に記載の半田付け装置では、ガラスファイバによりレーザ光が半田付けポイントに向けられる。半田ベーパを運び出すために、半田付けポイントへ至る別個のガス供給ラインと半田付けポイントからの別個のガス放出ラインが設けられている。
特開昭６１−２１９４６７号公報には、可撓性のあるプリント基板を別のプリント基板に実装する装置が記載されている。ガラスファイバを介して供給されるレーザ光により別個のチャネルを介して接触点が加熱される間、可撓性のあるプリント基板は真空装置により保持される。
【０００７】
特開平７−１４２８５４号公報には、集積回路を基板に装着する装置が記載されている。電子回路は、対応する位置に移動され、真空ピペットにより同位置に保持される。移動可能に装着されたレーザにより放出されるレーザ光が接続ラグを加熱する。
本発明の目的は、感温性基板を用いる場合にも始めに説明したタイプの接続形成を容易に行えると共に、接触領域を同時にシールしつつ特に耐久性及び安定性に富む接続を確実に行える接続方法および接触装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１及び２の接続方法及び接触装置により達成される。
本発明の接続方法では、接触基板にレーザエネルギを作用させることにより接触基板を加熱する。この際、接触基板たとえばチップの加熱に要するエネルギをチップに導入するには、チップがレーザ放射を吸収の形式で実現される。すなわち、チップ内には熱エネルギのみが生起される。本発明の接続方法では、最初に述べたチップ昇温時間に係る不利益を生じさせる熱伝達抵抗は発生しない。これは、昇温時間が極めて減少して両基板に加わる熱負荷が極めて小さくなることを意味している。結局、特にチップカードの製造において、感応性の支持基板が危険に晒されるおそれがなくなる。熱負荷が比較的小さいため、支持基板材料をニーズに応じて選択可能である。プラスチック基板に加えて、ペーパー基板をも考慮できるようになる。更に、チップ構造でのドーピング変化は過剰に高い熱負荷の下で生起するので、ドーピング変化のおそれが大きく減少する。チップ構造を加熱することによりチップ端子領域を加熱するので、チップ端子領域にレーザ放射の焦点を合わせる必要がなくなる。すなわち、焦点調整装置を除去可能である。接続位置への両基板の配置及びこれに続く両基板の端子領域間での熱的な接続をなすと同時に、接続位置にて両基板間に配置されている接着材料が移動する。両基板間のギャップを後でシールする製造ステップを別個に行う必要がなくなるので、これは特に有効である。２つの基板間の接続は環境の腐食作用から保護されるので、特に耐久性に富む２つの基板間の接続をこの様にして実現することができる。
【０００９】
また、チップの加熱中および互いに対向配置されたチップおよび支持基板の端子領域の接触中、レーザエネルギが作用するエネルギ受け面部の外側にある後面の少なくとも面領域部分にて、チップの後面を支持すれば、特にチップおよび支持基板の接触面間のギャップに関して、このギャップを極めて均一にできるという優れた結果が得られる。
【００１０】
ガラスファイバを接続または収容する機能を有した接触装置の接触面による支援の下で上記の支持を少なくとも部分的に実現すれば、本発明の方法を特に効果的に実施可能である。
上記の接続方法を実施する際に、チップを接続位置に搬送するために接触面を介してチップに負圧を加えることが特に有用であることが分かっている。その様な手段によれば、チップおよび支持基板の接続やチップのハンドリングに同一の装置を用いることができる。
【００１１】
接続位置にて互いに対向して配置される２つの基板の端子領域間を熱的に接続するための本発明の接触装置は、少なくとも１つのガラスファイバのファイバエンド部と接続されるための接触マウスピースを備える。接触マウスピースは、その接触面に負圧装置に接続される負圧開口を有する。この手段により、本発明の接触装置は、接触基板に接続熱を導入して接触基板を加熱できるばかりではなく、接触対象の接触基板をハンドリング可能である。これは、２つの基板間の接続に関し、特に有効な形態を実現できることを意味する。
【００１２】
少なくとも１つのガラスファイバのファイバエンド部を接触基板に対して特に正確に整合でき且つ規定どおりに配置できるようにするため、少なくとも１つのガラスファイバの ファイバエンド部および接触マウスピースの接続はファイバ保持装置の支援の下で実現されると共に、接触面に開口したガラスファイバ収容チャネルがガラスファイバの使用数に対応する数だけ接触マウスピースに設けられる。この場合、ファイバエンド部の端面は、接触マウスピースの接触面から離隔して配置しても良く、あるいは接触面と面一をなして配置しても良い。
【００１３】
１つまたは複数のガラスファイバ収容チャネルは負圧装置の負圧ラインを同時に形成する。すなわち、接触マウスピースは特に簡易に設計可能である。
ファイバエンド部の端面が特に接触マウスピースの接触面と面一に配置されている場合、ファイバ保持装置にファイバ前進ユニットを設けることが有用である。ファイバ前進ユニットは、ファイバ保持装置と一体に或いはこれと別個に実現可能である
この場合、ファイバ保持装置が２つの機能を同時に満たすように、ファイバ保持装置に負圧装置のための圧力接続部が設けられている場合、接触マウスピースの設計が更に簡易になる。
【００１４】
ファイバエンド部の端面が接触マウスピースの接触面から離隔して配置されるように、少なくとも１つのファイバエンド部を貫通させるファイバ保持装置を備えている場合、保守要件が特に緩和された接触装置の実施形態が実現される。この手段により、ファイバエンド部の端面と加熱対象の接触基板との直接接触が防止される。結果として、ファイバエンド部の端面は加熱されず、ファイバエンド部の端面の加熱により生じることのある汚れが防止される。
【００１５】
なお、接触面に負圧開口を有すると共に外表面に圧力接続部を有したカプセル状の中空体の形式で接触マウスピースが実現される場合、特に簡易に設計され且つ容易に製造される参考例の接触装置が実現される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法および装置の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、ここでは接触基板としてのチップ１１を支持基板１２に接触させる機能を有した接触装置１０を概略的に示す。接触装置１０は、下端に接触面１４を備えた接触マウスピース１３を含む。ガラスファイバ収容チャネル１７内に配置されたガラスファイバ１６のファイバエンド部１５は、接触マウスピース１３内を接触マウスピース１３の長手方向に延びている。ガラスファイバ１６のファイバエンド部１５は、接触マウスピース１３から突出したその上部１８がファイバ保持装置１９内を貫通して、このファイバ保持装置１９に保持されており、ファイバ保持装置１９は接触マウスピース１３の上端に配置されている。図示例では、ファイバ保持装置１９には、接触マウスピース１３に対してガラスファイバ１６の位置決めをなすファイバ固定構造２０が設けられている。また、ファイバ保持装置１９には、詳細を図示しない負圧源（負圧装置）との接続部を形成する側方接続部品２１が設けられている。ファイバ保持装置１９内に環状ギャップ２２が形成されるように、ファイバ保持装置１９はファイバ直径よりも大きい内径を有している。ガラスファイバ収容チャネル１７の孔径がファイバ直径よりも大きいので、環状ギャップ２２は、ガラスファイバ収容チャネル１７の開口（負圧開口）２４の領域に負圧を存在させる環状チャネルギャップ２３に連なっている。上記開口２４は接触面１４にある。この負圧により、チップ１１の後面２５は、図１に示すようにガラスファイバ収容チャネル１７に負圧が加えられたとき、接触マウスピース１３の接触面１４に吸着して保持される。
【００１７】
それ故、このようにして、チップ１１と支持基板１２との接続のために、チップリザーバ（図示略）やこの様なものからチップ１１を図１の開始位置へ搬送することができる。この開始位置において、チップ１１のチップ端子領域２６、２７は、支持基板１２に割当てられた端子領域２８、２９に対向して配置される。
図１は、開始位置にある支持基板１２に接着材料の堆積物３２が付着され、支持基板１２の端子領域２８、２９が堆積物３２により覆われていることを示す。この開始位置では、チップ１１は支持基板１２から距離を存して、その上方に配置されている。
【００１８】
図２は、図１の接触装置１０の変形例に係る接触装置３０を示す。この接触装置は接続位置に位置付けられる。つまり、負圧により接触面１４に吸着したチップ１１を有する接触マウスピース３１は、接続位置にて、チップ端子領域２６、２７が支持基板１２に割当てられた端子領域２８、２９に接触するように、支持基板１２側へ移動される。この接触がなされることにより、接触材料の堆積物３２は図２に示すように移動する。すなわち、チップ１１と支持基板１２間に形成されたギャップ３３を堆積物３２の接着材料によりシールすべく、ギャップ３３内に接着材料の堆積物３２が充填される。チップ１１の周縁には、特にギャップ３３が高信頼度で側方からシールされるよう、接着材料の堆積物３２からなるビードが同時に形成される。
【００１９】
図２に示した接続位置では、チップ１１とこれに接続されたチップ端子領域２６、２７が加熱され、また、チップ端子領域２６、２７に接触している支持基板１２の端子領域２８、２９もまた加熱される。
図１に示した接触装置１０の実施形態の場合のように、ガラスファイバ１６のファイバエンド部１５が接触装置３０のガラスファイバ収容チャネル１７内に配置されている。しかしながら、ここでは、ガラスファイバ１６のファイバエンド部１５の端面３４は、チップ１１の後面２５から距離ａだけ離れている。ガラスファイバ１６は、詳細には図示しないレーザ源に接続され、このレーザ源はガラスファイバ１６にレーザ放射を放出する。レーザ放射はファイバエンド部１５の端面３４から現れて、チップ１１の後面２５を介してチップ１１のチップ構造内へ導入される。チップ構造内でのレーザ放射の吸収により放射エネルギが熱エネルギに変換され、チップ１１、これに接続されたチップ端子領域２６、２７、およびチップ端子領域２６、２７に接触している支持基板１２の端子領域２８、２９が接続温度に加熱される。従来は、チップ端子領域２６、２７および／または支持基板１２の端子領域２８、２９に溶融可能な接続材料が設けられ、チップ１１の加熱により、接続材料を溶融した後、接続材料を固化してチップ１１と支持基板１２との間に堅固な一体接続を形成している。接着材料の堆積物３２の温度は、チップ端子領域２６、２７および端子領域２８、２９の加熱と同時に上昇する。接着材料の堆積物３２の材料組成を適宜選択すると、接着材料の温度上昇に伴って接着材料の堆積物３２が硬化しまたは少なくとも硬化が加速されることになる。
【００２０】
図１及び図２は、開口２４を塞ぎ且つチップ１１へのエネルギ導入を生起させるエネルギ受け面部５１の外側にある接触面１４の包囲面領域により、チップ１１の後面２５が支持されていることを示す。
図１の接触装置１０に対比して、図２に示した変形例の接触装置３０は幾つかの変更を含んでいるが、ここでの変更は既述の方法に関して効果を有しない。チップ１１を図１に示す開始位置に位置付け且つチップ１１と支持基板１２との接続を図２に示した接続位置にてなすため、接触装置１０または接触装置３０を利用することができる。
【００２１】
接触装置１０とは異なり、接触装置３０は接触マウスピース３１の本体に一体化されたファイバ保持装置３５を有している。これに加えて、接触装置３０は圧力接続部３６を有している。この圧力接続部３６は、接触マウスピース３１の本体に横孔の形式で実現され且つファイバエンド部１５とガラスファイバ収容チャネル３７との間に形成される環状チャネルギャップ３８を介して、接触マウスピース３１の開口２４との間の負圧接続をなす。
【００２２】
図３は、支持基板１２の上方の開始位置にある接触装置３９を示す。接触装置１０，３０とは異なり、この接触装置３９には２つのガラスファイバ１６が設けられ、これらのファイバエンド部４２はその端面３４とチップ４４の後面４３との間に間隔ａを存するように、平行なガラスファイバ収容チャネル４０、４１内に配置されている。接触装置３９の接触マウスピース４５に対してファイバエンド部４２の位置を固定するため、ファイバエンド部４２は、接触マウスピース４５の上端に接続されたファイバ保持装置４６を貫通してガイドされる。
【００２３】
図５は参考例として、ガラスファイバ収容チャネル４０、４１とは独立に実現される負圧チャネル５０の形式の接続ラインが、接触マウスピース４５の下端の接触面４８の開口４７と接触マウスピース４５に横孔の形式で実現された圧力接続部４９との間にて接触装置３９に形成されていることを示す。図３、図４に示した接触装置３９の実施形態及び図５の接触装置３９の参考例は、大きいチップ４４すなわち大きい接触基板と支持基板１２間の接続をなすのに特に好適する。一方、図１及び図２に示した接触装置１０、３０は、一つのガラスファイバ１６を含み、例えばチップカードの製造において小さいチップを接続させるのに好適する。
【００２４】
図３及び図４の接触装置３９を対比すると、図３の接触装置３９は、ファイバ保持装置４６に対するファイバエンド部４２の位置調節に応じて、ガラスファイバ１６のファイバエンド４２の端面３４をチップ４４（図３）の後面４３から離隔させており、一方、図４の接触装置３９は、ファイバエンド部４２の端面３４を図示したようにチップ４４の後面４３に直ぐ隣接して配置させている。図４に示したようにして接触マウスピース４５内にガラスファイバ１６を配置する構成では、ファイバエンド４２の端面３４での摩耗現象を補償するため、詳細に図示しないが、ファイバ保持装置４６にガラスファイバ１６を前進可能とするファイバ前進ユニットを結合することが特に有用である。
【００２５】
図３、図４及び図５に示され且つ幾本かのガラスファイバ１６を収容可能な接触装置３９の場合と同様に、ファイバ前進ユニットを備えたファイバ保持装置を図１及び図２に示した接触装置１０、３０に設けることは勿論可能である。これにより、図４に示した構成の場合と同様、接触マウスピース１３または接触マウスピース３１におけるガラスファイバ１６を、そのファイバエンド部１５の端面３４がチップ１１の後面２５に隣接するように配置することができる。
【００２６】
図６は別の参考例として、カプセル状の中空体として実現される接触マウスピース５３を備えた接触装置５２を示し、接触マウスピース５３は、その上方周縁の領域５４にて、例えばボンディングまたはシュリンキングによりガラスファイバ１６のファイバエンド部５５に接続されている。接触マウスピース５３の接触面５６の領域は透明式で実現され、一方、接触マウスピース５３の内面５７に関しては、放射を反射するような内面で実現されているのが好ましい。
【００２７】
先に説明した接触装置の場合のように、接触装置５２にもその接触面５６に開口５８が設けられている。図示例では、この開口５８が、接触マウスピース５３の側方に配置された圧力接続部５９と流体接続部を介して接続されており、流体接続部は、ここでは中空体形式で実現されている接触マウスピース５３の内部全体を延びている。
【００２８】
図６に示した参考例では、透明な接触面５６は、チップ４４の後面４３の表面よりも広くなっている。例えばスキャナ（図示略）により制御されるレーザ放射経路６１が、チップ４４を避けて、図６での図示を省略した支持基板上に直接延びることを防止するため、レーザ放射経路６１に影響を及ぼすダイアフラムまたはその他の好適な装置をレーザ放射経路６１の領域に設置可能である。
【００２９】
図６の参考例では、ガラスファイバ１６のファイバエンド部５５に簡易に配置可能なファイバエンドキャップの形式の接触装置５２が実用的に実現されるので、装置コストに関して特に経済的に実施できることを示し、また、接触マウスピース５３とファイバエンド部５５との間の接続をなすキャップ突出部６０を選択することにより、ファイバエンド５５の端面３４と接触面５６との間の距離Ａを調節することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の接続方法では、接触基板の昇温時間に係る不利益を生じさせる熱伝達抵抗が発生しないので、特にチップカードの製造において、感応性の支持基板が危険に晒されるおそれがなくなる。
また、本発明の接続方法および接触装置では、ガラスファイバ収容チャネルが負圧装置の負圧ラインを同時に形成しているので、特に接触マウスピースを簡易に設計可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 接触基板（チップ）が支持基板に接触する直前の接触装置を示す。
【図２】 接触装置の別の実施形態を、支持基板に対して接触基板（チップ）の接触がなされた状態で示す。
【図３】 ２つのガラスファイバを備えた接触装置の実施形態を、接触基板（チップ）が支持基板に接触する直前の状態で示す。
【図４】 図３の接触装置の変形例を、接触基板（チップ）が支持基板に接触する直前の状態で示す。
【図５】 接触装置の参考例を示す。
【図６】 接触装置の別の参考例を示す。
【符号の説明】
１１，４４ チップ（接触基板）
１２ 支持基板
１３，３１，４５ 接触マウスピース
１４ 接触面
１５，４２ ファイバエンド部
１６ ガラスファイバ
１７，３７，４０，４１ ガラスファイバ収容チャネル
１９，３５，４６ ファイバ保持装置
２４ 開口（負圧開口）
２６，２７ 端子領域（チップ側）
２８，２９ 端子領域（支持基板側）
３２ 堆積物
３４ 端面
５１ エネルギ受け面

Claims (3)

  1. 支持基板（１２）の端子領域に接触基板（１１，４４）の端子領域を熱的に接続させるための接触方法であって、
    前記接続をなすために、接続位置にて、前記両基板（１１，４４；１２）の端子領域が互いに対向して位置付けられるように前記両基板を配置し、
    前記接続位置にて、前記接触基板（１１，４４）をその端子領域とは反対側に位置した後面から所望の接続温度に達するまで加熱するにあたり、ガラスファイバ収容チャネルに収容されたガラスファイバを介して前記接触基板にレーザエネルギを当てて前記接触基板（１１，４４）を加熱し、
    前記接続位置への前記接触基板（１１，４４）の配置及びこれに続く前記両基板（１１，４４；１２）における端子領域（２６，２７；２８，２９）間の熱的な接続と同時に、前記接続位置にて前記両基板間に配置された接着材料の堆積物（３２）を移動させ、
    前記接触基板（１１，４４）が加熱され且つ互いに対向して位置付けられた前記両基板の端子領域（２６，２７；２８，２９）が接触している間、前記接触基板（１１，４４）の前記後面を前記レーザエネルギが当てられるそのエネルギ受け面部（５１）よりも外側の少なくとも部分的な面領域にて、前記ガラスファイバ（１６）を収容した接触装置（１０，３０，３９）の接触面（１４）を介して支持し、
    前記接続位置に前記接触基板を搬送するために、前記接触基板（１１，４４）に前記接触面（１４）を介して負圧を付与する、接続方法において、
    前記負圧の付与及び前記ガラスファイバの収容を同一のチャネルによって提供することを特徴とする接続方法。
  2. 接続位置にて、互いに対向して配置された２つの基板の端子領域間を熱的に接続するための接触装置であって、
    少なくとも１つのガラスファイバのファイバエンド部と接続されるための接触マウスピースであって、その一端の接触面（１４）に負圧装置に連通した負圧開口（２４）を有する、接触マウスピース（１３，３１，４５）と、
    前記ファイバエンド部と前記接触マウスピースとの接続を支援するファイバ保持装置（１９，３５，４６）と
    を備え、
    前記接触マウスピースが、使用されるガラスファイバの数に対応する数だけ、前記接触面に開口し且つ前記ガラスファイバの前記ファイバエンドを収容するための複数のガラスファイバ収容チャネル（１７；３７；４０，４１）を備える、接触装置において、
    前記複数のガラスファイバ収容チャネル（１７；３７；４０，４１）が前記負圧装置のための負圧ラインを同時に形成していることを特徴とする接触装置。
  3. 前記ファイバ保持装置（１９，３５，４６）は、前記接触マウスピースの他端にて前記ファイバエンド部（１５，４２）を貫通させて保持するべく設けられ、前記ガラスファイバ収容チャネル内にて、少なくとも１つの前記ファイバエンド部（１５，４２）の端面（３４）が前記接触マウスピース（１３，３１，４５）の前記接触面（１４）から距離を存して配置されるべく、前記ファイバエンド部を固定することを特徴とする請求項２の接触装置。
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