(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子要素を基板に取付ける微小はんだ付け装置であって、
前記電子要素または前記基板または双方の１つまたはそれ以上の位置に制御された量の溶融はんだを分配する分配開口構造体を含み、この分配開口構造体と前記１つまたはそれ以上の位置との間の物理的接触なしに前記溶融はんだが固化した時に前記電子要素が前記基板に機械的かつ電気的に取り付けられるはんだ付け工具と、
前記制御された量の溶融はんだが圧力パルスによって非酸化雰囲気を通して分配されるように工程制御パラメータに応答して前記はんだ付け工具を制御する手段と、
を含む微小はんだ付け装置。
【請求項２】
請求項１記載の微小はんだ付け装置であって、前記分配開口構造体と流体連通関係で配置され溶融はんだを供給する溜めをさらに含み、
前記分配開口構造体は、
前記溜めと連通関係にある中空胴部材と、前記中空胴部材は、内部に開孔を画定し、
前記中空胴部材の端部に係合するキャップと、前記キャップは、前記開孔と連通する開口を有し、
前記開口内にシールされて収容されたダイスと含み、前記ダイスは、前記溶融はんだがはんだ付けされるべき１つまたはそれ以上の位置上に降下する前に通過する１つまたはそれ以上の流路を有する前記装置。
【請求項３】
請求項２記載の微小はんだ付け装置であって、前記ダイスは、シリコンから構成され、前記ダイスおよび前記１つまたはそれ以上の流路は、シリコン微小加工工程により作製される前記装置。
【請求項４】
請求項３記載の微小はんだ付け装置であって、前記ダイスおよび前記流路は、前記溶融はんだが前記ダイスから化学的に分離され、溶融はんだと前記ダイスとの反応生成物による流れの妨害およびはんだの汚染を防止する被着層を有する前記装置。
【請求項５】
請求項４記載の微小はんだ付け装置であって、前記被着層は、窒化シリコン、窒化ホウ素およびこれらと同等物から成るグループから選択された部材を含む前記装置。
【請求項６】
請求項２記載の微小はんだ付け装置であって、前記ダイスは、面取りされた部分を画定する下流端部を含み、前記流路は、それぞれ前記面取りされた部分を貫通して延長する前記装置。
【請求項７】
請求項２記載の微小はんだ付け装置であって、前記流路の少なくとも１つは、その長さの少なくとも一部に沿って三角形断面を有する前記装置。
【請求項８】
請求項２記載の微小はんだ付け装置であって、１つまたはそれ以上の流路は、その長さ（Ｌ）対平均直径（Ｄ）の関係により定義される縦横比を特徴とし、その縦横比は、約１００：１である前記装置。
【請求項９】
請求項２記載の微小はんだ付け装置であって、前記分配開口構造体は、それぞれ６４の流路を有する前記装置。
【請求項１０】
請求項２記載の微小はんだ付け装置であって、単一の要素を含み、前記はんだ付け工具は、１、２、３および４から成るグループから選択された複数の分配開口構造体を含む前記装置。
【請求項１１】
請求項１記載の微小はんだ付け装置であって、さらに、前記はんだ付け工具を交換する手段を含む前記装置。
【請求項１２】
請求項１記載の微小はんだ付け装置であって、さらに、作業の準備完了状態で休止ステーションで前記はんだ付け工具を休止させる手段を含み、前記休止ステーションは、非酸化雰囲気およびはんだを流体状態に保持するのに十分な温度を提供する前記装置。
【請求項１３】
請求項１記載の微小はんだ付け装置であって、さらに、分配前の溶融はんだの酸化を最少にするために前記溜めの上部に不活性雰囲気を供給する不活性化手段を含む前記装置。
【請求項１４】
請求項１記載の微小はんだ付け装置であって、さらに、前記基板と前記分配開口構造体との間の相対的位置決めを変更する手段を含む前記装置。
【請求項１５】
請求項１記載の微小はんだ付け装置であって、前記はんだ付け工具を制御する前記手段は、前記分配開口構造体と前記基板との間の相対的位置決めを変更する手段を含む前記装置。
【請求項１６】
請求項１記載の微小はんだ付け装置であって、前記はんだ付け工具は、溶融はんだの前記溜めに熱エネルギを供給する手段を含む前記装置。
【請求項１７】
請求項１記載の微小はんだ付け装置であって、さらに、要素を取込み、この要素を基板上に位置決めする手段を含む前記装置。
【請求項１８】
電子要素を基板に取付ける方法であって、
前記要素または前記基板または双方の１つまたはそれ以上の位置に制御された量の溶融はんだを分配する分配開口構造体を含み、前記分配開口構造と前記１つまたはそれ以上の位置との間の物理的接触なしに溶融はんだが固化した時に前記要素が前記基板に機械的かつ電気的に取り付けられるはんだ付け工具を提供するステップと、
前記基板およびはんだ付けされる１つまたはそれ以上の要素をその横方向および垂直方向位置が前記はんだ付け工具に対し位置整合するように運搬するステップと、
前記基板および分配開口構造体の周囲の領域から酸素を除去し非酸化環境を実現する除去ステップと、
前記制御された量の溶融はんだを１つまたはそれ以上の分配開口構造体から分配して、溶融はんだが前記非酸化雰囲気内を通って進み、接続される前記要素または基板または双方の表面に当たり、溶融はんだがそれらの表面を濡らして接続される前記表面間の局部化された電気的および機械的接触を形成する分配ステップと、
を含む前記方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法であって、さらに、前記除去ステップに前記基板を予熱するステップを含む前記方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、さらに、前記はんだ分配ステップに前記基板を加熱するステップを含む前記方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的には基板に対する電子成分の接続に関する。特に、本発明は、制御された量の溶融はんだをそれらへ分配する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子成分の信頼しうる機能は、その部材である部品間の正しい相互作用に依存する。それらの相互接続において、そのような成分はなお主としてはんだ付けに依存する。大量生産においては、毎日数億のはんだ付け接続が形成されている。理想としては、そのような接続は、無視しうる接触抵抗と、満足すべき強度とを有すべきである。信頼性のためには、接続が形成直後に所望の性質を有するのみでなく、装置の寿命中無故障で機能する特性を示すことが要求される。
【０００３】
はんだ付けは、（１）接続されるべき部分の相対的位置決め、（２）溶融はんだによる表面の濡らし、および（３）はんだが固化するまでのその放置冷却、から成る。通常は、約１８５°Ｃの溶融温度を有するスズ−鉛合金が用いられることが多い。
【０００４】
大量生産の要求を満たすために、現在自動化された技術が用いられているが、はんだごてを用いての手作業によるはんだ付けは、電子工学において今なお用いられている確立された技術である。前記要求には、効率と、手作業によるはんだ付け技術によって得られるよりも精密に制御されうる品質を得たい所望と、が含まれる。
【０００５】
現在、電子成分をプリント回路ボードに取付けるためには、いくつかの方法が用いられている。孔貫通リード法（ｌｅａｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ−ｈｏｌｅ  ｍｅｔｈｏｄ）では、成分から延長するリードがボードの孔を貫通して配置される。次に、それぞれの突出したリードがボードの反対側に形成された回路にはんだ付けされる。もし孔が「めっき貫通（ｐｌａｔｅｄ  ｔｈｒｏｕｇｈ）」（ＰＴ）孔ならば、回路は基板のいずれの側にも、または両側にも、形成される。しかし、そのような方法は一般に、隣接するリード間の最小距離が約２５ｍｍであるという制約を受ける。そのような方法においては、リードは、ボードの下側をして溶融はんだのタンクを通過せしめることにより、ボードにはんだ付けされる。溶融はんだは、その時ボードの孔に入る。冷却後、はんだは孔内で固化する。
【０００６】
もう１つの方法では、成分を直接回路ボードの表面に取付ける。このような方法においては、隣接リード間の距離、すなわちリードピッチは減少せしめられ、通常７ないし１３ｍｍとなる。これにより、成分本体の大きさはいくぶん減少せしめられうる。表面取付け成分は、ボード上におけるはんだペーストの配置を制御するために、はんだペーストを細密メッシュスクリーンまたは薄い金属ステンシルを通してボードに塗布することにより、はんだ付けされる。スクリーンが用いられる時は、ボード上に配置されるべきパターンに相当する開かれたスペースを作るために、メッシュ内の選択されたスペースは閉鎖される。ステンシルが用いられる時は、配置されるべきパターンは、直接金属を貫通してエッチングされる。前記スクリーンまたはステンシルはボード上に置かれ、はんだペーストはスクィージーにより開口を通して下にあるボード上に塗布される。スクリーンまたはステンシルの除去後には、ペーストの所望パターンがボード上に残される。
【０００７】
スクリーンプリント法の１つの限界は、ペーストが塗布されるべき表面に不規則性または突起があってはならないことである。さらに、プリントされるべき区域の周囲の領域は、スクリーンを支持するフレームを受け入れるのに十分な大きさをもたなくてはならない。ステンシルを用いる時も、同様の欠点が生じる。
【０００８】
熱的観点からは、信頼性のあるはんだ付け工程は、濡らしを可能ならしめるために十分に高温であり、しかもはんだ付けされるべきボードまたは諸成分が損傷を受ける温度まで熱せられない必要がある。理想としては、熱的特性は、はんだ流が接続の行われる前に損なわれるほど、はんだ付けされるべき区域へ流れるはんだの冷却が速くないものであるべきである。
【０００９】
米国特許第４，５１５，２９７号には、粘性材料の多点分配の方法が開示されている。第１時間間隔中に分配器へ圧力が印加され、ペーストが分配オリフィスから下のボード上へ押し出される。分配工具は次に、ボード表面から一定速度で上方へ移動せしめられ離される。後退中、分配圧は一定であり、その後該圧力は停止される。その後、分配ノズルはボードからの後退を続け、それによって粘性材料の分配ノズル口からの分離を起こさせる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、はんだ付けされた製品の平均余命期間中にわたり信頼性のあるはんだ付け接続を実現する、微小はんだ付け装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、はんだが流れ、金属表面を濡らし、はんだ接続を形成するように、はんだを双方の金属表面に接触せしめる、微小はんだ付け装置を提供することをも目的とする。
【００１１】
本発明はさらに、所定容積内の少量のはんだのみが、接続の形成されるべき表面またはその近くに付与されうるようにすることを目的とする。
本発明のもう１つの目的は、ゆがんだボード、溶剤蒸気クッション、およびはんだの酸化物表皮などの、はんだ流に対する障害物のない、従って、どのような間隙でも毛管作用により自動的にはんだで満たしうる装置を提供することである。
【００１２】
さらに、本発明は、はんだ付けされるべき特定の接続に対し正しい量のはんだを供給することを目的とする。理想としては、正しい量のはんだは、分配されるはんだの量が、隣接するリード間の電気的短絡を起こしうる過剰なしに、その接続内に自動的に保持されるように決定される。
【００１３】
もう１つの目的は、固化期間中に液体および固体のはんだが同時に存在する、微小はんだ付け装置を提供することである。公知のように、流動性は固化が進むのに伴って強く減少する。従って、固化中にはんだ付けされた接続に対して与えられた任意の運動は、充填されないままとなるはんだの固まりの亀裂を生ぜしめやすい。このような性質は信頼性のない接続を結果として与える。
本発明のさらにもう１つの目的は、熱エネルギーが局部的に供給され、全基板または全成分または双方を不必要に高温下に置くことを回避しうる微小はんだ付け装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子成分を基板に取付けるための微小はんだ付けの方法および装置を提供する。この微小はんだ付け装置は、制御された量の、溶融はんだのような粘性材料をパルス的に分配する分配オリフィス構体を有するはんだ付け工具を含む。溶融はんだは、放出時に前記成分または基板または双方上の１つまたはそれ以上の位置に付着するので、固化すると、該成分は基板に対して機械的かつ電気的に取付けられる。分配オリフィス構体と、該１つまたはそれ以上の位置との間には、物理的接触はない。制御された量の溶融はんだが圧力パルスによって非酸化雰囲気を通して分配されるように、ある工程制御パラメータに応答して前記はんだ付け工具を制御する手段が、該はんだ付け工具と動作上通信関係にある。
【００１５】
電子成分を基板に取付けるための方法も開示される。この方法は、
制御された量の溶融はんだのような粘性材料をパルス的に分配する分配オリフィス構体を含むはんだ付け工具を配設するステップと、
前記基板およびそれにはんだ付けされるべき１つまたはそれ以上の成分を、それらの横方向および垂直方向位置が前記はんだ付け工具に対し位置整合するように運搬するステップと、
前記基板および分配オリフィス構体の周囲の領域から酸素を除去し、それによってそこに非酸化環境を実現するステップと、
前記制御された量の溶融はんだを、１つまたはそれ以上の分配オリフィス構体から分配して、該溶融はんだが前記非酸化雰囲気内を通って進み、接続されるべき前記成分または基板または双方の表面に当たり、前記溶融はんだがそれらの表面を濡らして、接続されるべき前記表面間の局部化された電気的および機械的接触を形成するようにするステップと、
を含む。
【００１６】
【実施例】
ここで図面、特に図１を参照すると、微小はんだ付け用の装置１０が概略的に示されている。この微小はんだ付け装置は、電子成分１２を基板１４に取付ける装置を含む。ここで用いられる「基板」には、プリント回路ボード（ＰＣＢ）、エポキシガラス積層体、プリント配線ボード、などが含まれる。「基板」にはさらに、さまざまな重合体材料から作られた剛性ＰＣＢ、セラミック基板（例えばアルミナ）、さまざまな重合体材料から作られた半剛性および可撓性基板（例えばポリアミド）、および通常は剛性のものであるが必ずしも平坦でない「成形された」重合体ＰＣＢも含まれる。
【００１７】
溶融はんだ１９は、電子成分１２から延長するリード１７へ、パルス状供給により付与される。これは、「突き刺し」作用に類似した溶融はんだの発射を生ぜしめる。
もし成分１２がリードをもたない、例えばセラミックチップの抵抗／キャパシタであっても、微小はんだ付け装置１０は、そのような成分１２を基板１４の表面にはんだ付けするのにも用いられうる。さらに、微小はんだ付け装置１０は、孔貫通リード成分に対しても用いられうる。
【００１８】
微小はんだ付け装置１０は、はんだ付け工具１６（図１および図３）を含む。はんだ付け工具１６は、制御された量の溶融はんだ１９を、成分１２または基板１４、または双方上の１つまたはそれ以上の位置（図５および図６）へ分配するための分配オリフィス構体１８を含む。溶融はんだ１９は、分配オリフィス構体１８と、形成される接続との間の接触なしに、成分１２が、溶融はんだ１９の固化の際に機械的および電気的に基板１４に取付けられるように分配される。任意選択的に、微小はんだ付け装置１０は、溶融はんだを、成分１２の存在しない基板１４に対して、または基板１４の存在しない成分１２に対して付与するためにも用いられうる。
【００１９】
図１および図７に示されているように、この微小はんだ付け装置には、はんだ付け工具を制御する手段２０が含まれている。この手段は、パルス／タイマ制御器２０を含む。制御器２０は、制御された量の溶融はんだが、圧力パルスにより容器２５内の非酸化雰囲気２２内を通って分配されるように、はんだ付け工具１６と動作上通信関係にある。簡単にするために、パルス／タイマ制御器の構造の細部は、本発明に関連する技術分野における１つの通常の技術の範囲内にあるものと考えられるので、省略されている。本発明の制御器２０は、パルス圧力および持続時間、はんだの温度、非酸化雰囲気２２の温度および酸素含量、および基板１４の温度などの工程制御パラメータに応答して働く。
【００２０】
図７において、非酸化雰囲気２２を供給する不活性化装置２３は、圧力および流量制御弁２１（図１）と通信関係にある。微小はんだ付け装置１０内には、成分１２を取込み、溶融はんだの分配前に基板１４上において位置決めする手段６６（図７）が、任意選択的に含まれる。
【００２１】
引き続き図１および図３において、微小はんだ付け装置１０は、溶融はんだを分配するための分配オリフィス構体１８と流体連通関係に配置された溜め２４を含む。好ましくは、溜め２４は、はんだとの親和力が最小であるチタンまたは類似の金属で作られたものとする。分配オリフィス構体１８は、内部に開孔２８を画定する中空胴部材２６を含む。キャップ３０は、胴部材２６の端部に係合し、キャップ３０は、孔２８と連通する開口３２を有する。
【００２２】
ダイス３４は、通常の接着剤により開口３２内にシールされて収容されている。１つまたはそれ以上の流路３６がダイス３４を貫通して延長し、溶融はんだはこれを通過して、はんだ付けされるべき１つまたはそれ以上の位置上に降下する。
好ましくは、ダイス３４はシリコンで構成され、これを貫通する１つまたはそれ以上の流路は、シリコン微小加工工程により配設される。
【００２３】
１つまたはそれ以上の流路３６のそれぞれは、長さＬおよび直径Ｄを特性とする。ダイスの１実施例においては、長さ（Ｌ）は約１０，０００ミクロンであり、直径（Ｄ）は約１００ミクロンである。ダイスの長さ対直径の関係により定められる縦横比は、約１００：１である。この縦横比は、応用に適合せしめられ、流路の間隔および分配されるべき溶融はんだの所望量による。それぞれの流路の長さ（Ｌ）は、与えられた縦横比に応じて直径（Ｄ）と共に変化せしめられてもよく、または変化せしめられなくてもよい。与えられた流路直径（Ｄ）に対し、他のものは等しいとして、短いダイスは、１００：１の縦横比を有するダイスよりも短いパルス時間により、低い圧力で分配を行いうるが、制御可能性が劣る。寸法（Ｌ）が長く、他のものが等しい場合は、高い圧力と、長いパルス時間とが必要となるが、より良い制御可能性が得られやすい。
【００２４】
シリコンの微小加工技術およびサブミクロン寸法の工具を用いると、寸法Ｄは４０ミクロンの程度になしうる。実施例においては、ダイス３４の端部は約８００ミクロンの幅を有し、それぞれの流路の横断面は二等辺三角形を画定する。三角形の断面の流路が開示されたが、他の断面形態も可能であることを認識すべきである。これらには、正方形、または円形の流路、細長い（長方形の）スリット、および台形断面が含まれる。
【００２５】
図３および図４に示されているように、ダイス３４は、面取りされた、またはテーパせしめられた部分４０を画定する下流端３８を含み、それぞれの流路３６は、テーパ部分４０を貫通して延長している。図４に最もよく示されているように、応用により、好ましくは流路３６の少なくとも１つに、少なくともその長さの一部に沿って延長する三角形部分４２が備えられる。流路の形態もまた、応用により選択されうる工程パラメータである。
【００２６】
分配前の溜め２４内の溶融はんだの酸化を最少化するために、その上へ不活性雰囲気４４が供給される。不活性雰囲気４４の時限パルス駆動は胴２６内の溶融はんだに対し相次ぐ衝動を与える。パルス状圧力を溶融はんだ上に拡散させるために、溜め２４には、溶融はんだの自由表面の上方に位置する穿孔板が備えられている。この板は、圧力パルスを溶融はんだの表面上に分配する働きをもち、従って、それぞれの流路３６から分配される溶融はんだの量を、より適切なものとする。はんだは非圧縮性のものであるから、制御手段２０により発生せしめられるパルス力は、溜め２４内に収容されている溶融はんだの実質部分を通って伝達される。その結果、溶融はんだ１９の微小滴が、１つまたはそれ以上の流路３６を経て放出される。パルス圧力が解除されると、毛管作用と表面張力とが協働して、ある体積の溶融はんだを流路３６内に保持する。分配オリフィス構体１８の周囲の非酸化雰囲気２２は、溶融はんだのメニスカスが流路からの放出時に酸化されるのを防止する。
【００２７】
ここではパルス状ガス圧力が開示されたが、本発明の別の実施例においては、溶融はんだを分配する動力として、膜形確実変位ポンプにより圧力パルスが発生せしめられる。この設計においては、ポンプは溜め（上方）と、また分配オリフィス構体１８（下方）と、流体連通している。ポンプの膜は、溶融はんだと動作上関連しており、それへ動力を印加する。この方法においては、溜め２４内の溶融はんだの自由表面は、なお非酸化雰囲気により覆われている。
引き続き図１において、微小はんだ付け装置１０は、好ましくは相対的位置決め手段４６を含む。この手段４６は、基板が分配オリフィス構体１８に対して移動せしめられうるように、またはその逆が行われうるように、基板を配置する。
【００２８】
図１にはまた、溶融はんだの溜め２４へ熱エネルギーを供給し、また該熱エネルギーの供給を制御する手段５０が示されている。通常、該手段は、標準的な工業用ヒータワイヤの外装に電気的に関連する温度制御器を有する、標準的工業用「スリーブ形」ヒータを含む。このようなヒータは、ミシガン州ワレン（Ｗａｒｒｅｎ）のハイワット社（Ｈｉ−Ｗａｔｔ，Ｉｎｃ．）から購入しうる。手段５０は、溶融状態のはんだを、微小はんだ付け装置１０の全ての場所において所望温度に保持する。熱エネルギー供給手段５０内には、溜め２４、胴２６、および分配オリフィス構体１８内のはんだ温度を検知する手段が含まれている。そのようなデバイスは、ミシガン州ディアボーン（Ｄｅａｒｂｏｒｎ）のインダストリアル・テンペラチュア・コントロール社（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｉｎｃ．）から入手できる。
【００２９】
実施例においては、成分１２により、それぞれの分配オリフィス構体１８は、はんだ付けされるべき（諸）成分１２の配置による数の流路を有する。１実施例は、６４個の流路３６を含む。図２に示されているように、微小はんだ付け装置１０は、複数の分配オリフィス構体１８を具備しうる。図示されている実施例には、４個のそのような構体のうちの前部の２個が示されている。多成分１２の同時はんだ付けのためには、４個より多くの分配オリフィス構体１８が要求されうる。
【００３０】
図７は、微小はんだ付け装置１０の主要成分を示す概観的ブロック図である。上述のように、微小はんだ付け装置１０は、任意選択的に成分操作工具６２と動作上通信関係にある微小はんだ付け工具１６を含む。微小はんだ付け装置１０の別の実施例は、前述の工具制御手段２０と共に、工具交換手段５６を含む。さらに任意選択的特徴として、はんだ付け工具１８を、作業のための準備完了状態で休止ステーション（図示されていない）に休止せしめる能力を有する工具休止手段５８がある。休止ステーションは、非酸化雰囲気と、はんだを流体状態に保持するのに十分な温度とを有する。休止ステーションは、分配オリフィス構体１８と、溜め２４内とに、不活性化雰囲気を維持する。
【００３１】
図３に帰ると、本発明の実施例は被着層６０を必要とし、これは、これがないと溶融はんだと接触するはずのダイス３４の部分を包み込む。好ましくは、被着層６０は、流路３６に沿って入り込み延長する。このようにして、被着層６０は溶融はんだをダイス３４から化学的に隔離し、それによって、シリコン−はんだ反応に起因するシリコンの浸出と、溶融はんだとダイス３４を形成しているシリコンとの反応生成物による妨害と、による流路の劣化を避ける。さらに、被着層は、そのような反応生成物によるはんだの汚染を防止する。好ましくは、被着層６０は、窒化シリコン、窒化ホウ素、などを含み、約１，０００オングストロームの厚さを有する。窒化ホウ素の使用は、シリコンとはんだとの間の接触をなくすのに役立つ。
【００３２】
開示された微小はんだ付け装置１０を含む装置の以上の説明により、本発明が、電子成分１２を基板１４に取付けるための、または多成分を同時にはんだ付けするための、方法を含むことは明らかである。この方法は、制御された量の溶融はんだをパルス状に分配して、それが固化した時に成分１２を基板１４に機械的かつ電気的に接続するための、分配オリフィス構体１８を含むはんだ付け工具１６の配設を必要とする。この配設ステップ中においては、分配オリフィス構体１８と、前記１つまたはそれ以上の位置との間に物理的接触がない。
【００３３】
開示された方法はさらに、基板１４と、それにはんだ付けされるべき１つまたはそれ以上の成分１２とを、それらの横方向（Ｘ，Ｙ）および垂直方向（Ｚ）位置が、はんだ付け工具１６に対して整合するように運搬するステップを含む。好ましくは、ダイス３４は、（例えば、Ｘ軸に沿った）はんだ付けされるべきリードの長さに対して垂直に（例えば、Ｙ軸に沿って）配置され、（例えば、Ｚ軸に沿った）流路は、（例えば、Ｘ−Ｙ平面内の）基板に対して垂直に配置される。このような３軸に沿っての位置整合は、基板１４が平坦でない、例えば、成形されたＰＣＢである場合に、特に有用である。
【００３４】
もう１つのステップは、基板１４および分配オリフィス構体１８の周囲の領域から酸素を除去し、それによってそこに非酸化環境を実現する除去ステップである。このステップは、不活性化手段２３および圧力制御弁２１によって行われる。
１つまたはそれ以上の分配オリフィス構体から、パルス駆動により、制御された量の溶融はんだが分配される。放出に際しては、溶融はんだ１９は非酸化雰囲気内を通って進み、接続されるべき成分１２または基板１４、または双方の表面に当たる。この溶融はんだは、それらの表面を濡らし、接続されるべき表面間の局部化された電気的かつ機械的接触を形成する。
もし所望ならば、この方法はさらに、先行処理中、または前記除去ステップ中における、基板１４の予熱ステップを含む。あるいは、基板１４は、はんだの分配ステップ中にも加熱されうる。
【００３５】
基板の加熱ステップは、基板処理プラットホーム６４（図１および図７）において行われうる。基板処理プラットホーム６４は、ユニバーサル・インスツルメンツ社（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）により製造されている機械（モデル４６８２Ｂ  タブ接着機械）の改変型を含む。基板処理プラットホーム６４は、該基板処理プラットホームのプログラム可能な制御を行うプラットホーム制御副装置（図示されていない）と、プラットホーム素子間および該基板処理プラットホームと微小はんだ付け装置１０との間の通信インタフェースと、を含む。位置決め副装置が、はんだ付け工具１６に対する基板１４の相対的位置のプログラム可能な制御を行う。この位置決め副装置は、４軸（Ｘ、Ｙ、Ｚおよび１回転軸）に沿っての運動を制御しうる。ある実施例においては、もっと多くの、またはもっと少ない運動軸が用いられる。
【００３６】
基板処理プラットホームの他の実施例は、工具位置決めヘッドと、基板操作機構と、基板位置整合副装置と、成分送り副装置と、成分操作副装置と、成分位置整合副装置と、成分操作工具変更副装置と、その他の副装置と、を含む。
基板１４が、微小はんだ付け装置１０内へ運搬され、作業区域内に取付けられ、位置整合される時、もし必要ならば、またもし前の処理において完了されていなければ、フラックスおよび／または接着剤が基板に付与される。使用時には、成分１２の定置以前に、成分ボデーの下の、かつリード／パッド区域から離れた、基板１４の位置に、接着剤が付与される。使用時には、成分のリードおよび／またはパッド区域にフラックスが付与される。
【００３７】
もし必要ならば、微小はんだ付けされるべき成分に対応する成分操作工具および微小はんだ付け工具は、工具変更装置を含む適切な工具制御手段２０から得られる。微小はんだ付けされるべき成分は、成分送り装置から得られ、位置整合される。
【００３８】
基板１４、成分１２、および微小はんだ付け工具１６の相対的位置は、分配オリフィス構体１８と基板１４との間に所望距離を実現するように調節される。この期間中に微小はんだ付け装置１０は、成分取付け位置の周囲の領域から酸素を除去し、非酸化雰囲気を実現する。この除去相において基板の予熱が行われ、さらに微小はんだ付け作業中も継続される。分配オリフィス構体１８と基板１４との間の非酸化雰囲気は、もし所望ならば基板加熱機構としても働きうる。あるいは、熱エネルギー供給手段５０を、基板１４の上部または下部へ熱を供給するための赤外ランプの形式とすることもできる。また、予熱は前の処理中に行うこともできる。
【００３９】
はんだがパルス放出により小滴の形状で分配された後、成分操作工具６２は引っ込められる。もし必要ならば、上述の諸ステップは追加の成分１２に対して繰り返される。次に、基板１４が取付け状態から解放されて、装置の外へ運搬される。もし所望ならば、後の処理において、微小はんだ付けされた成分に対する最適の面取り形態を実現するための追加の再流動ステップが続いて行われうる。
【００４０】
分配は、溶融はんだを、シリコンダイス３４内にエッチングされた流路３６を通して放出することにより行われる。分配ステップの単一サイクルは、溜め２４を、制御された圧力（通常は８０ないし１６０キロパスカルの間）の窒素などの不活性ガス源を供給する不活性化手段２３に連結する導管内のソレノイド弁を開くことにより開始される。胴の圧力は、チャンバが窒素で満たされると上昇する。圧力が流路内のはんだの表面張力の抵抗に打ち勝った時に、分配が行われる。溶融はんだの滴は、接続されるべき適切な金属化表面上に直接放出される。凝固は接触によって起こる。パルス持続時間は約７０ミリ秒であり、その後にソレノイド弁は閉鎖され装置はガス抜きされる。
【００４１】
流路からの出現点における圧力が、印加されたガス圧（ＰＡ  ）と、はんだヘッド圧（ＰＳ  ）との和に等しいことは明らかである。一方、はんだヘッド圧は、溜め内の溶融はんだ柱による圧力と、ダイス３４内のはんだ柱による圧力との和に等しい。これらの値は、はんだの密度、重力加速度、ダイスの幅、ダイスの長さ、ダイスの厚さ、流路の長さ（Ｌ）、流路の数、それぞれの流路の断面積、溶融はんだ柱の断面積、およびはんだの全質量の関数である。
【００４２】
限界圧力より低いと、溶融はんだの流れは起こらない。該圧力より高いと、３つの主要モードの流れが起こりうる。すなわち、滴状のもの、連続流、霧化したもの、である。これらのモードのうち、滴状モードの流れ（一時に１滴）が好ましい。小滴に対する自由体ダイヤグラムにおいて、限界圧力より低い場合は、表面張力が小滴の重さと釣り合い、その上に圧力の力が作用する。外力が最大表面張力を超えると、滴は落下し、該力が急速に軽減されない限り、流れが開始される。
【００４３】
酸化物の生成、および溶解した酸素の存在によるはんだの表面張力の増加により、滴の形成過程はノズル付近における酸素濃度に特に敏感である。従って、熱窒素または他の非酸化ガスにより、工程区域から酸素を一掃するデバイスが備えられている。好ましくは、該デバイスは２つの不活性化流からなり、その１つは分配オリフィス構体１８の軸に沿って中央下方に工程区域内へ供給され、また１つは半径方向内向きに工程区域内へ送られる。
【００４４】
好ましくは、ダイス３４は、基板１４から約６ｍｍの高さにあるようにされる。工程区域はダイス３４の直下にあり、かつダイス３４と基板１４との間にある。熱窒素はこの領域へ、約２５０°Ｃの絶縁された入口マニホルドを経て、０．１３３ｍ／ｓの初期速度および約７ｐｐｍの酸素濃度をもって中央入口および半径方向入口の双方から入る。周囲温度および酸素濃度は、それぞれ約４０°Ｃまたはそれ以上、および２０％（２００，０００ｐｐｍ）である。熱平衡が実現された後には、基板１４もまた約４０°Ｃまたはそれ以上となる。
【００４５】
工程領域内における速度は、溶融はんだ滴１９を、それらが分配される時進路から吹き飛ばすのを避けるために、十分に低くされる。
１実験試行において、パルス圧力が、パルス持続時間と共に監視された。溶融はんだは２５０°Ｃまで加熱され、不活性化雰囲気は２５０°Ｃまで加熱され、パレット温度は１９０°Ｃに設定された。試験の前に、分配オリフィス構体１８の操作により流路内へ入ったかもしれない破片を除去するためにシリコンダイスを洗い流すのに、２００キロパスカルの２秒のパルスが与えられた。
【００４６】
洗い流しの後、シリコンダイス３４は、洗い流し工程中にダイス上に残ったはんだを除去するために、軟質はんだワイプブラシで磨かれた。ダイス３４はまた、実験試行間においてもぬぐい取られた。
パルス圧力は、約７０ないし１００キロパスカルの増分で、約５５キロパスカルから約２１０キロパスカルまで変化せしめられ、またパルス圧力の持続時間は３０ミリ秒から１００ミリ秒まで変化せしめられた。最良の結果は、１２４キロパスカルの分配パルスおよび４０ミリ秒のパルス持続時間によって得られた。
【００４７】
【発明の効果】
開示されたシリコン単結晶のダイス３４を用いることにより、微小はんだ付け装置１０は、リードピッチ（すなわち隣接成分リード間の中心間距離）が、従来の技術の使用により可能であるよりもかなり狭い間隔を表す０．２ｍｍまたはそれ以下である集積回路における信頼性のある接続を行いうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において開示される微小はんだ付け装置を示す。
【図２】微小はんだ付け装置が複数の分配オリフィス構体と共に示されている、図１の２−２線における側面図。
【図３】分配オリフィス構体の細部を示す、図１の円で囲まれた部分の拡大断面図。
【図４】図３の４−４線における分配オリフィス構体の断面図。
【図５】成分のリードと、下の基板との間に形成されたはんだ付けされた接続を示す、図２の円で囲まれた部分の拡大図。
【図６】図５に示されているはんだ付けされた接続の側面図。
【図７】微小はんだ付け装置内のさまざまな副装置のブロック図。
【符号の説明】
１０    微小はんだ付け装置
１２    電子成分
１４    基板
１６    はんだ付け工具
１８    分配オリフィス構体
１９    溶融はんだ
２０    工具制御手段
２２    非酸化雰囲気
２３    不活性化手段
２４    溜め
２６    中空胴部材
２８    開孔
３０    キャップ
３２    開口
３４    ダイス
３６    流路
３８    下流端
４０    面取り部分
４４    不活性雰囲気
４６    相対的位置決め手段
５０    熱エネルギー供給制御手段
５６    工具交換手段
５８    工具休止手段
６０    被着層
６６    成分取込みおよび位置決め手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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