(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳの部品を効率的に位置合わせするための方法およびシステムを提供する。【解決手段】製造時に、ＭＥＭＳの部品を効率的に自己位置合わせし、ならびにこれらの部品の間の距離を制御するための方法およびシステムが開示される。本発明によれば、各ＭＥＭＳ部品は、一対のパッドを形成するように位置合わせされる少なくとも一つのパッドを含む。好ましい実施態様では、各部品は三つのパッドを含む。二対のパッドのパッド形状は長方形であり、一対は、他の対からほぼ９０°に等しい角度回転され、第三の対のパッド形状は環状である。従って、パッドのうちの一対は第一の方向の位置合わせを可能にし、第二の対のパッドは第二の方向の位置合わせを可能にし、第三の対のパッドは回転位置合わせを可能にする。【選択図】図５
2007514555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスの少なくとも二つの部品を正確に位置合わせするための方法であって、
前記電子デバイスの各部品は、少なくとも一つのパッドを含み、
前記少なくとも二つの部品の第一の部品と前記少なくとも二つの部品の第二の部品とが位置合わせされるとき、前記第一の部品の前記少なくとも一つのパッドは、前記第二の部品の前記少なくとも一つのパッドと位置合わせされ、少なくとも一対のパッドを形成し、
前記方法は、
前記少なくとも二つの部品の第一の部品の前記少なくとも一つのパッド上に接着剤を堆積する工程、
前記第二の部品を前記第一の部品に近似的に位置合わせする工程、および
前記第二の部品を前記第一の部品上に置く工程
を含む方法。
【請求項２】
前記工程は、前記接着剤を液体状態にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも一対のパッドの前記パッドはサイズが異なるものとする、請求項１または請求項２のどちらかに記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも二つの部品の一つの前記少なくとも一つのパッドの形状は長方形である、請求項１から３の任意の一つに記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも二つの部品の一つの少なくとも二つのパッドの形状は長方形であり、それらの長辺によって形成される角度は約９０°に等しい、請求項１から４の任意の一つに記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも二つの部品の一つの前記少なくとも一つのパッドの形状は環状である、請求項１から５の任意の一つに記載の方法。
【請求項７】
同じ対のパッドのパッド形状は類似している、請求項１から６の任意の一つに記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも二つの部品の少なくとも一つは、少なくとも一つの受動的止め具をさらに含む、請求項１から７の任意の一つに記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも二つの部品の少なくとも一つは、三つの非共線形の受動的止め具をさらに含む、請求項１から８の任意の一つに記載の方法。
【請求項１０】
前記接着剤は電気伝導性である、請求項１から９の任意の一つに記載の方法。
【請求項１１】
前記接着剤は、ハンダ合金でできている、請求項１から９の任意の一つに記載の方法。
【請求項１２】
前記液体接着剤の体積は、前記少なくとも一対のパッドのパッド形状によってあらかじめ定められる、請求項１から１１の任意の一つに記載の方法。
【請求項１３】
前記液体接着剤の体積は、前記第一の部品と第二の部品との間に設定されなければならない距離によってあらかじめ定められる、請求項１から１２の任意の一つに記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の部品および第二の部品の一つに機械的な力を加える工程であって、前記力は、前記少なくとも一対のパッドのパッドに近似的に直交するものとする工程をさらに含む、請求項１から１３の任意の一つに記載の方法。
【請求項１５】
前記液体接着剤を硬化させる工程
をさらに含む、請求項１から１４の任意の一つに記載の方法。
【請求項１６】
前記接着剤を硬化させる前記工程は、冷却工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、製造技法およびマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）に関する。より詳しくは、本発明は、製造時にＭＥＭＳの部品を自己位置合わせさせるための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の集積回路（ＩＣ）の方法論を用いて電気デバイスまたは回路とともに製造されるミクロンサイズの機械的な構造物は、マイクロエレクトロメカニカルシステムまたはＭＥＭＳと呼ばれる。投射装置、ディスプレイ、センサおよびデータ記憶デバイスなどの用途のためのＭＥＭＳデバイスの開発には、近年多大の興味が寄せられた。例えば、データ記憶デバイスに関わるＩＢＭのプロジェクトの一つでは、現在利用できる最高密度の磁気記憶装置の２０倍を超える平方インチあたり１兆ビットのデータ密度が実証されている。このデバイスは、薄いプラスチック膜に個々のビットを表す圧痕を穿孔するために、何千ものナノメートルの鋭いチップを用いる。結果は、１１０年を超える昔に開発されたデータ処理『パンチカード』のナノテク版に似ているが、用いられる技術がリライタブル（何度でも繰り返し用いることができることを意味する）であること、標準パンチカードなら一つのパンチ穴だけで一杯になる空間に３０億ビットを超えるデータを記憶することができることの二点で決定的な差異を有する。
【０００３】
このデバイスの心臓部は、太さ０．５マイクロメートル、長さ７０マイクロメートルのＶ字形のシリコンカンチレバーの二次元アレイである。各カンチレバーの先端には、長さ２マイクロメートル未満の下向きのチップがある。現在の実験装置は、シリコン表面マイクロマシニングによって作り出された１０２４（３２×３２）個のカンチレバーの３ｍｍ×３ｍｍのアレイを備える。洗練された設計によって、チップアレイは、記憶媒体に対して同じ高さに確実に固定され、振動および外部衝撃から保護されている。各チップは、並列動作を目的として、ＤＲＡＭチップで用いられるものに似た時間マルチプレックス化エレクトロニクスによって別々にアドレスされる。アレイの下にある記憶媒体は、電磁アクチュエーションによってｘ方向にもｙ方向にも精密に移動するので、各チップは、一辺が１００マイクロメートルのそれ自体の記憶場の範囲内で読み書きすることができる。移動する距離が短いので、電力消費は確実に低くなる。
【０００４】
図１は、デバイス（１００）の部分断面図である。図に示されるように、各カンチレバー１１５は、ＣＭＯＳデバイス１１０が載っている基板１０５の上に、制御構造１２０とともに取り付けられ、記憶スキャナテーブル１３０の表面のビットを読んだり書いたり（Ｒ／Ｗ）するに適する下向きのチップ１２５を備える。記憶スキャナテーブル１３０は、電磁アクチュエータ１３５のおかげで、矢印で例を示されるように、少なくとも一次元で移動することができる。記憶スキャナテーブル１３０、アクチュエータ１３５および支持構造物１４０を備える部品は、ＣＭＯＳデバイス１１０の上に、あらかじめ定められた距離で精密に位置合わせされなければならない。ＣＭＯＳデバイス１１０は、Ｒ／Ｗ動作などの要求される機能を制御するために、必要なエレクトロニクスをすべて有する。この実施例では、Ｘ軸およびＹ軸方向の位置合わせ機能の目標は、±１０μｍ（マイクロメートル）のオーダーであり、一方、記憶スキャナテーブル１５０と、Ｒ／Ｗカンチレバー用の支持板としても働くＣＭＯＳデバイス１１０との間の機能ギャップは、最大距離６μｍであり、許容差はサブミクロンである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
要求される部品位置合わせ精度に関わる電気的特徴と機械的特徴とを組み合わせるには、専用の製造ツールを用いる必要があるが、専用の製造ツールはデバイスコストに直接影響する。消費者市場向けのこの種の製品の大量生産では、生産量（容量）の要件と精密位置合わせの要件とが両立しないという固有の問題に起因して、そのような投資金額は非常に高額になると考えられる。従って、製造時に専用の複雑な製造ツールを必要とすることなく、ＭＥＭＳの部品を効率的に位置合わせさせる方法およびシステムが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本明細書中上記で説明された従来技術の欠点を改善することは、本発明の総合的な目的である。
【０００７】
製造時に、ＭＥＭＳの部品をＸ方向およびＹ方向に対して効率的に自己位置合わせさせるための方法およびシステムを提供することは、本発明の別の目的である。
【０００８】
製造時に、ＭＥＭＳの部品を回転位置合わせの狂いに対して効率的に自己位置合わせさせるための方法およびシステムを提供することは、本発明のさらに別の目的である。
【０００９】
製造時に、ＭＥＭＳの部品の間の距離を制御しつつ、これらの部品を効率的に自己位置合わせさせるための方法およびシステムを提供することは、本発明のさらにまた別の目的である。
【００１０】
これらの目的およびその他の関連する目的の達成は、電子デバイスの少なくとも二つの部品を正確に位置合わせさせるための方法によって実現される。前記電子デバイスの各部品は、少なくとも一つのパッドを含み、前記第一の部品と前記第二の部品とが位置合わせされると、前記少なくとも二つの部品のうち第一の部品の前記少なくとも一つのパッドは、前記少なくとも二つの部品のうち第二の部品の前記少なくとも一つのパッドと位置合わせされ、少なくとも一対のパッドを形成する。前記方法は、
前記少なくとも二つの部品のうちの第一の部品の前記少なくとも一つのパッドに接着剤を堆積する工程、
前記第二の部品を前記第一の部品に対して近似的に位置合わせする工程、および
前記第二の部品を前記第一の部品上に置く工程
を含む。
【００１１】
図面および詳細な説明を検討すれば、当業者には本発明のまた別の利点が明らかになる。それらの別の利点は、いかなるものであっても本明細書に組み込まれるものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明によれば、ハンダリフロープロセスによって、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の二つまたはそれ以上の部品を非常に高い位置決め精度で積層することを可能にする設計戦略が提供される。このハンダリフロープロセスによって、ＭＥＭＳの部品の間の最終的な電気的接続または機械的接続あるいはその両方を形成することもできる。さらに、本発明は、回転位置決め誤差および自己強制的なＺ方向の制御された高さまたは機能間隔の自己制御修正を提供する。
【００１３】
例を示すために、データ記憶デバイスに関する図１を参照して上記で示された例にもとづいて、本発明を説明する。そのようなデータ記憶デバイスは、スキャナまたはスキャナテーブルとも呼ばれる移動テーブルを有するＭＥＭＳと、読み書き（Ｒ／Ｗ）機能性能を制御するために必要なすべてのエレクトロニクスを有するＣＭＯＳデバイスである関連電磁制御装置とでつくられ、Ｒ／Ｗチップである非常に多数の個別構造物を搭載している。
【００１４】
上記で言及されたように、部品の積層について精密な機能要件がある。Ｘ軸およびＹ軸方向の位置合わせ機能目標は、±１０μｍ（マイクロメートル）のオーダーであり、一方スキャナテーブルと、Ｒ／Ｗカンチレバー用の支持板としても働くＣＭＯＳデバイスとの間の機能ギャップは、６μｍの最大距離を有し、許容差はサブミクロンである。
【００１５】
これらの機械的および機能的要件を解決するために取り組まれた解決法は、低コストの工業プロセスを用いる自己中心合わせ機能を用いることである。
【００１６】
金属パッドの特定の設計を実体化し、標準共晶スズ／鉛（６３Ｓｎ／３７Ｐｂ）、Ｓｎ６０／４０Ｐｂまたは５Ｓｎ／９５Ｐｂ、１０Ｓｎ／９０Ｐｂ、３Ｓｎ／９７Ｐｂなどの非共晶Ｓｎ／Ｐｂ二元合金、スズ／銀／銅三元合金あるいはインジウムまたは銀系であってもよい他の合金などのその他の「鉛フリー」合金、あるいはスズまたは他の金属合金などの選ばれたハンダ合金を利用することによって、融解合金堆積物の表面張力物理特性を活用することができる。ハンダ合金は、全体的な製品製造システム中で必要なハンダ分類段階、および種々のＭＥＭＳ構成部品が耐えることができる最大許容温度範囲にもとづいて選択されてよい。図２に例が示されるように、金属パッドと、液相状態にある合金との間のぬれ現象によって、ＭＥＭＳの二つの部品の間のＸ軸およびＹ軸方向の自己中心合わせ動作が推進される。図２は、リフロープロセスの始め（ａ）および終わり（ｂ）におけるＭＥＭＳの二つの部品（２００、２０５）を示す。各部品は、合金（２２０）と接触するパッド（２１０、２１５）を備える。
【００１７】
同じ設計において、必要とされるときには、融解したハンダ中のこれらの張力効果は、さまざまな構造物の周りに回転するモーメントを作り出すことによって、回転自己位置合わせ（θ軸）のための力の複合システムを作り出すために用いることもできる。さらに、ＥＭＳデバイスの部品の間の精密なＺ方向の間隔を確立するために、パッドの相対的なサイズを調節することによって、制御されたＺ方向の崩壊を実現し、構造を固定止め具まで移動させることができる。このプロセスは、リフロープロセスの始め（ａ）、および終わり（ｂ）におけるシステムの状態で、図３に示されている。
【００１８】
スペーサが存在しなければ、崩壊は、主としてパッド形状、ハンダの量および冷却プロセスによって決定される高さで自己終結する。Ｚ方向の高さをサブミクロンで調節するためには、一方または両方のチップの表面に、正確に知られている高さの機械的止め具またはスペーサを有すると有利である。
【００１９】
これらの機械的止め具を作り出すために、さまざまな技法が利用できる。例えば、精密スペーサとして使用される柱構造を作り出すために、レバーをＣＭＯＳチップに結合する際に用いられると同じプロセスを用いてよい。そのような場合、スペーサは、リソグラフィーによって定義され、ＭＥＭＳ部品の少なくとも一つのプロセス加工の間に、それらの上に製造される。加算的な技法、すなわち、適切なスペーサ厚さの層（例えば金属、重合体、酸化物等）の堆積およびパターン形成を用いて、あるいは、例えば、ウェットエッチング、プラズマエッチングまたはスパッタエッチングによって、スペーサを除くデバイス全体の区域を、バルク材料中に適切な厚みで掘り下げることを意味する減算プロセスによって、別の方法を考えることができる。スペーサは、結合前にデバイス表面上に堆積される離散的な素子であってもよい。
【００２０】
図４は、ハンダ合金４１５によって接続される二つの金属パッド４０５および４１０を含む本発明の一つの実施態様が実施されるデバイス４００の例を示す。この実施例では、ＣＭＯＳデバイス１１０と、記憶スキャナテーブル１３０、電磁アクチュエータ１３５および構造物１４０を含む部品との間の距離は、スペーサまたは機械的止め具４２０によって決定される。
【００２１】
図４に示されるデバイスによれば、Ｘ、Ｙおよびθの位置合わせは、単独のリフロー工程において、スペーサに対するＺ方向の崩壊とともに実行されることができる。代わりの方法では、面内位置合わせ（Ｘ、Ｙおよびθ）と、Ｚ崩壊とを二つの別々の工程として実行する。この代わりの手法を用いれば、両方の表面で同一のパッドを使用することができ（潜在的に部品の表面の面積を節約し）、またある種の用途では最終的な位置許容差に影響することがある二つの工程の間の相互作用を除く。
【００２２】
二段プロセスの最終間隔を最終的に設定するために、一段プロセスの場合と同じく、受動的なスペーサを用いることもできる。そのような二段プロセスでは、ハンダリフロープロセスによって面内位置合わせが行われた後、切り替え可能なＺ方向の力によって、二つのＭＥＭＳ部品を一緒に移動させる。Ｚ方向の力は、既に確立された面内位置合わせを乱れさせないように加えられる。例を示すために、図１０および１１をそれぞれ参照して、ハンダリフロー加熱装置とともにこの二段プロセスを実現するための二種類の装置、すなわちプランジャ装置および磁気装置が示される。
【００２３】
図５を参照して例が示される二段階手法では、面内位置合わせを実現するために、通常の種類のパッド形状が提供される。分注されるハンダの量によって、リフローによる面内位置合わせ後の図５（ｂ）に示される状態が決定される。この場合、部品の間のＺ方向の間隔は、受動的スペーサの高さより大きい。その結果、部品の間に作用する面内摩擦はないので、スペーサは、面内位置合わせプロセスと干渉しない。面内位置合わせが実現された後、ハンダが冷却して固化する前に、垂直方向の力が加えられ、この力によって、部品は受動的スペーサによって定められる図５（ｃ）に示される最終的な位置に押し合わされる。
【００２４】
各パッドの設計は、位置と、積層されたＭＥＭＳ部品の自己位置合わせを推進する最終的な力に対する同の最終的な寄与によって影響される。本発明によれば、位置合わせされる各ＭＥＭＳ部品は、少なくとも三つのパッドを備え、部品が精密に位置合わせされると、一方の部品の各パッドの少なくとも一部分は、他方の部品の一つのパッドに正確に位置合わせされる。
【００２５】
好ましい実施態様では、三角形を形成する、すなわち面を定義する三つのパッドがあり、これらのパッドのうち二つは、長い長方形のパッドであり、これらは、長辺に直交する方向により強い引っ張り力を有することが実証された。これらの長方形のパッドは、約９０°の角度に配置され、Ｘ方向およびＹ方向のマクロな位置合わせに確実な寄与をする役を負っているが、金属パッド、従ってＭＥＭＳ部品の正確なミクロな位置合わせ（サブミクロンレベル）を実現する役を負っている。パッドを長方形にし、二つの辺の間に高いアスペクト比をもたせることによっても、Ｚ方向制御プロセスの崩壊の特徴の要件を満たしている。
【００２６】
第三のパッドは、同じＸ方向およびＹ方向の復元作用（力）を維持しなければならない。復元作用は、第三のパッドが基本的に中心位置にあるときには低レベルでもよいが、位置の狂いがマクロなレベル（数十ミクロン）のときには、自己中心位置合わせ力に強い寄与をするオプションを有する。後者のパッドの設計の他の主要な特徴は、回転軸点として作用し、他の二つの長方形パッドによって駆動されて作用する力に伴うシステムの若干の回転を可能にすることである。
【００２７】
第三のパッドの設計特性の定義から、「ドーナツ」に似たプロフィルを有するパッドが生まれた。このパッドでは、生じる力は、残る二つのパッドに非常に類似して、あたかもパッドそれ自体が二つの異なる辺の間の高い比を有する長方形のパッドであるかのようにパッドの周りに作用する。
【００２８】
融解した合金は、対を形成しているパッドを濡らし、これらのぬれ性の表面（パッド）が完全に重ね合わされたときに初めて到達できる、完全な低表面エネルギーの３Ｄ構造を推進する位置合わせ力を作り出す。
【００２９】
図６は、本発明が実施されるデバイスの部分図の例を示し、各パッドの設計にもとづく支配的な力のベクトルを示す。図に示されるように、ＭＥＭＳ部品６００は、別のＭＥＭＳ部品６０５の対応するパッドに位置合わせされ、ハンダリフロープロセス時に、部品６００と６０５との位置合わせを可能にするパッド６１０、６１５および６２０を含む。
【００３０】
図７は、二つのＭＥＭＳ部品の対応するパッド、すなわち一対のパッド、ならびにそれらのパッドの位置合わせを可能にする支配的な力を示す。この図面から理解できるように、両方のパッドは、主となる位置合わせの方向を決定するように、ほぼ同じ幅ｌと、異なる長さとを有する必要がある。修正することができる大きな方の位置合わせの狂いの距離は、パッド幅の半分、すなわちｌ／２にほぼ等しい。
【００３１】
図８は、図８（ａ）、８（ｂ）および８（ｃ）を含んでいるが、上記で考察された、回転軸点として用いられる第三のパッド対のパッド設計の例を示す。好ましい実施態様では、両方のパッドの環状リングの内径Ｒ１とＲ２とは等しく、Ｒ１＝Ｒ２であるのに対して、一方のパッドの外径は、第二のパッドの外径より大きく、例えば、Ｒ３＞Ｒ４である。修正することができる大きな方の位置合わせの狂いの距離は、両方のパッドの外径の間の差の半分、すなわち（Ｒ３−Ｒ４）／２にほぼ等しい。
【００３２】
従って、一対が他の対に対して９０°にほぼ等しい角度で回転している二つの類似の長方形パッドの対と、上記で考察した環状のパッドの対とを使用すれば、ＸおよびＹの位置合わせ、ならびに回転調整が可能になる。
【００３３】
上記で言及されたように、自己中心合わせパッドのまた別の実施態様によって、制御された崩壊能力も可能になる。示された例では、特定のＭＥＭＳの積層には、二つのＭＥＭＳ部品の間に６ミクロンの機能ギャップが必要である。そのようなギャップを繰り返し確実に信頼性よく実現するために、異なるぬれ性表面積を有する金属パッドを設計することができる。その結果得られるハンダ合金の利用可能な体積は、利用可能なぬれ性表面と対で組み合わされ、ハンダ体積の配分を推進し、最小表面エネルギーを有する３Ｄ構造を実現する。
【００３４】
必要な変数（体積および面積）が設定されれば、ＭＥＭＳ部品は、平衡が到達される点まで一方が他方の上に崩壊し、上記で言及された変数の大きさを正確に設定することによって、得られるギャップは精密に決定されることができる。
【００３５】
工業的な環境では、目標の機能ギャップを確実に（バッチごとに）実現するために、機械的止め具を用いてもよい。
【００３６】
Ｚ方向の制御された崩壊動作のまた別の最適化は、特定の高さおよびパッド表面に対して、平衡において必要な体積を小なく見積もることによって、実現されることができる。このときに、正確な目標高さの機械的止め具を用いれば、合金は過大に消費されることになり、機械的止め具の存在によって定められる位置を超えてギャップを小さくさせる傾向がある崩壊動作を生じさせる。その結果、この低許容差システムの最終結果に強く影響することがある決定的なプロセス変数許容差への依存性を減らし、そのような小さな定格寸法（ミクロン程度）で必要な最小のギャップを保証する反復プロセスが可能となる。
【００３７】
図９および以下の表は、可能な／利用できるハンダ合金体積に土台を置く種々のパッド寸法決定の例を示す。そのような小量のハンダ合金を堆積するプロセスは、もちろん、種々のコストおよび目標体積に対する種々の許容差を有する。表は、一定のハンダ堆積物の工程にもとづいて、種々の表面積に対する目標体積を設計するために用いられた。
【００３８】
図９（ａ）は、ハンダ（９０５）堆積後の長方形パッド（９００）構造の例を示し、図９（ｂ）は、自己位置合わせ動作およびハンダ（９０５’）消費後の長方形パッド（９００、９１０）構造を示す。すると、幾何構造は、平行な面を有するピラミッド形の台形への良好な近似によって計算される。
【００３９】
ｂは、パッド（９００）の面積であり、その上に合金が堆積され、幅および長さはともに１００μｍに等しく、
Ｂは、幅が１００μｍに等しい受け側パッド（９１０）の面積であり、
ｈは、結合する前の合金堆積の高さであり、その値は、非常に小さな体積に対するハンダ堆積プロセス能力の変数である。ｈの値は、パッド幾何構造の全体的な大きさの決定を推進する独立変数のことがあり、
Ｈは、パッド（９００、９１０）の間の合金の目標高さであり、
Ｖは、合金体積である
と仮定すれば、下式のようになる。
【００４０】
【数１】
2007514555.tif 000003
【００４１】
受け側パッド（９１０）の長さは、下表のようになる。
【００４２】
【表１】
2007514555.tif 000004
【００４３】
同様に、図９（ｃ）は、ハンダ（９２０）堆積後の環状パッド（９１５）構造の例を示し、図９（ｄ）は、自動位置合わせ動作およびハンダ（９２０’）消費後の環状パッド（９１５、９２５）構造を示す。すると、幾何構造は、平行な面を有し、下式の体積の円筒形の空洞を中心に有する円錐形の台形への良好な近似で計算される。
【００４４】
【数２】
2007514555.tif 000005
【００４５】
Ｒ１およびＲ２は、環状パッド（９１５、９２５）の両方の中心にある空の円形区域の半径であり、Ｒ１およびＲ２はともに５０μｍに等しく、
Ｒ４は、その上に合金が堆積するパッド（９１５）の外径であり、１５０μｍに等しく、
Ｒ３は、受け側パッド（９２５）の外径であり、
ｈは、結合前の合金堆積の高さであり、その値は、非常に小さな体積を堆積させることに対するハンダ堆積プロセスの能力の変数である。ｈの値は、パッド幾何構造の全体的なサイズ決定を推進する独立変数のことがあり、
Ｈは、パッド（９１５、９２５）の間の合金の目標高さであり、
Ｖは、合金体積である
と仮定すれば、下式のようになる。
【００４６】
【数３】
2007514555.tif 000006
【００４７】
受け側パッド（９２５）の外径Ｒ３は、下表のようになる。
【００４８】
【表２】
2007514555.tif 000007
【００４９】
面内位置合わせ（Ｘ、Ｙおよびθ）と、Ｚ方向の崩壊とを別々にする、上記で考察した代わりの二段プロセスの場合、必要な切り換え可能なＺ方向の力を発生させるために、二つの種類の装置が用いられることがある。
【００５０】
二段法で用いられる装置の最も重要な要件は、ＭＥＭＳ部品の間の既存の面内位置合わせをあまり乱れさせないように、切り換え可能な垂直方向の力が加えられなければならないということである。これを実現するための例として、二つの手法が示される。
【００５１】
図１０は、第一の方法の例を示す。この場合、デバイスが熱い間、および冷却プロセス中に、圧縮性バンパーを介して、プランジャが上部ＭＥＭＳ部品に垂直な力を加える。バンパー１０００と上部ＭＥＭＳ部品１００５とが最初に接触するとき、プランジャ１０１０と上部ＭＥＭＳ部品１００５との間に面内摩擦が発生する。他のバンパーが接触し、プランジャ１０１０が低下し続けると、この摩擦推力は維持され増大し、面内位置合わせは固定されて維持される。最後に、上部ＭＥＭＳ部品１００５は、受動スペーサ１０２０を介して下部ＭＥＭＳ部品１０１５と接触する（結合されるＭＥＭＳ部品を変形させないように正確に制御され制限された、プランジャを駆動するアクチュエータによって決定される力によって）。この時点で、力が維持されたまま、デバイスは冷却される。ハンダが固化したら、組み立てられた構成部品は装置から取り出されることができる。
【００５２】
プランジャ、ならびに下部ＭＥＭＳ部品（データ記憶デバイスのＭＥＭＳ部品が一例として示される）を保持する取り付け具は、加熱庫中で、あるいはハンダリフローおよび再固化を実現するために部品を加熱および冷却する別の装置とともに操作される間、それらの面内位置を十分な許容差の範囲内に維持しなければならない。これには、熱膨張に起因する面内移動を避けるために慎重な設計が必要である。その上、プランジャの移動は、適当なベアリングによって、ほとんどあるいはまったく面内移動なしにＺ方向の移動ができるように制限される必要がある。エアベアリングは、これを実現することができるベアリングの例である。面内許容差がより大きなときには、ボールベアリングまたは摺動ベアリングでも十分なことがある。
【００５３】
プランジャとＭＥＭＳ部品との間で、限られた量の非共平面性（チルト）が許されるように、プランジャの上に圧縮性バンパーが用いられる。上部ＭＥＭＳ部品は、プランジャによってではなく、下部ＭＥＭＳ部品とそのスペーサとによって定められる面内で結合される必要があるので、システムは、プランジャによってまったく悪影響なしでプランジャの面とＭＥＭＳ部品との少量の非共平面性を受け入れることができる。
【００５４】
適当なＺ方向の力を加えるための第二の種類の装置は、図１１に示される。上部ＭＥＭＳ部品１１０５の上に、小さな軽量の磁気「重り」１１００が、ハンダ接合部またはハンダ接合部の部分集合に十分に中心位置合わせされるように置かれる。結合される部品の下には、切り替え可能な電流（従って切り替え可能な磁場）を有する磁気ソレノイド１１１０が、各磁気重りの下に十分に中心位置合わせされるように配置される。これらのソレノイドおよび重りが、良好に挙動する磁場を有するなら（および、これらのソレノイドの磁場を変形させる他のいかなる強磁性構造も存在しないなら）、各磁気重りに加えられる力は、所定の許容差の範囲内で純粋に垂直である（面内成分を有しない）。
【００５５】
ソレノイド中の磁場がオンに切り替えられると、磁気重りは、上部ＭＥＭＳ部品１１０５に対して垂直な力を発生させ、最終的な間隔を確立するために、部品を受動スペーサ１１１５に押し付ける。力の量は、磁気重りのサイズおよび透磁率、ならびにソレノイドの設計およびソレノイドに印加される電流によって決定される。
【００５６】
この磁気装置は、Ｚ方向の圧縮の間に、ＭＥＭＳ部品を定められた面内位置合わせに保持するために面内摩擦を導入しないので、面内位置合わせが所定の許容差を越えてシフトするのを防ぐために、この動きが十分に速く（および逸脱した面内力がなく）進行することが必要である。圧縮プロセスが開始したら、ハンダパッドの自動位置合わせする傾向（面内）が、乱れることがある。上部部品を下降させなければならないスピード（上部部品を押し付けて、その面内摩擦が面内位置合せを固定するスペーサと接触させるために）は、上部部品および磁気重りの質量によってある程度支配される。存在する面内の狂いに対して起こる面内運動の量は、これらの質量の慣性によって限定される。面内位置合わせ許容差が満たされることを保証するために、若干の試行錯誤を行ってシステムのパラメータを最適化する必要がある可能性が高い。
【００５７】
磁気重りは、リフロープロセスの開始に先立って、ロボット工学または他の手段によって配置される。磁性の内包物を有する単一の軽量構造物を適切な場所に用いれば、磁気構成部品の配置を単純化することができる。ほとんどの場合に、磁気重りを適切な場所に保持するために、重力で十分なはずである。磁気重りは、冷却後、結合されたスタックから持ち上げて取り除いてよい。
【００５８】
磁性質量の配置は、上部ＭＥＭＳ部品の上面に溝または他の位置合わせ機能を設けることによって、補助されることがある。上部ＭＥＭＳ部品に円錐形、円筒形または四角形の窪みが設けられれば、鋼球（正確に制御された寸法を有し、低コストで広く入手できる）が磁気重りとして用いられてもよい。
【００５９】
プランジャ装置は、Ｚ方向の圧縮プロセス時に、ＭＥＭＳ部品の面内位置合わせを固定するために、面内摩擦を提供するので、低リスクの方法と考えられ、従って、好ましい実施態様として指定される。磁気装置は、スペースが制限されるか、または面内許容差がそれほど厳格でない用途では、魅力的なことがある選択肢である。
【００６０】
上部ＭＥＭＳ部品に加えられ、最終的な間隔を確立するためにＭＥＭＳ部品を受動スペーサに押し付ける垂直な力は、スペーサ、適当なパッドおよび回路に電気伝導性材料を用いることによって、制御されることがある。図１２は、抵抗Ｒを測定することによって、上部ＭＥＭＳ部品に加えられる垂直方向の力を減少させてもよい位置にいつ到達したかを決定することを可能にするデバイスの二つの例を示す。従って、抵抗の値が、例えばゼロに近い値に変化するとき、それは、ＭＥＭＳ部品間の距離に到達し、従って加えられる垂直な力を減少させてもよいことを意味する。
【００６１】
もちろん、局部的な要件および特定の要件を満たすために、当業者は、上記で説明した解決法に、多くの変更および変形を施すことがあるが、それらはすべて付属する請求項によって定義される本発明の保護の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明が効率的に実施されることができるデバイスの部分断面図である。
【図２】図２（ａ）および２（ｂ）が含まれ、本発明によるハンダリフロー位置合わせプロセスの概念の例を示す。
【図３】図３（ａ）および３（ｂ）が含まれ、機械的なスペーサと組み合わせられたハンダリフロー位置合わせプロセスの概念の例を示す。
【図４】本発明が実施される図１のデバイスの部分断面図である。
【図５】図５（ａ）、５（ｂ）および５（ｃ）が含まれ、ＭＥＭＳの部品が位置合わせされ、最終的なＺ方向の距離が確立されるための二段階手法を示す。
【図６】本発明が実施されるデバイスの部分平面図の例を示し、各パッド設計にもとづく支配的な力のベクトルを示す。
【図７】本発明によってＭＥＭＳ部品を位置合わせするために用いられるパッドの形状を示す。
【図８】本発明によってＭＥＭＳ部品を位置合わせするために用いられるパッドの形状を示す。
【図９】図９（ａ）、９（ｂ）、９（ｃ）および９（ｄ）が含まれ、パッドサイズおよび合金体積の制御の例を示す。
【図１０】既に確立された面内位置合わせを狂わせないようにＺ方向の力が加えられるとき、本発明を実施するために用いられる装置の例を示す。
【図１１】既に確立された面内位置合わせを狂わせないようにＺ方向の力が加えられるとき、本発明を実施するために用いられる装置の例を示す。
【図１２】要求されるＭＥＭＳ部品のＺ位置にいつ到達したかを決定するために、本発明とともに用いることができる構成の二つの例を示す。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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