(57)【要約】熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法が、開示される。光反射層および光吸収層が、熱的に脆弱な基板上に印刷される。複数の伝導性トレースが、光反射層および光吸収層上に選択的に堆積される。はんだペーストが、次いで、光吸収層の場所に対応している選択的場所上に適用される。構成要素が、はんだペースト上に設置された後、基板は、均一なパルス光で片側から照射される。光吸収層は、パルス光を吸光し、加熱された状態となり、熱は、その後、はんだペーストを加熱および融解させるために、熱伝導を介してはんだペーストおよび構成要素に伝達される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法であって、前記方法は、
熱的に脆弱な基板上に光反射層および光吸収層を印刷することと、
前記光反射層および前記光吸収層上に複数の伝導性トレースを選択的に堆積させることと、
はんだペーストを前記光吸収層の場所に対応する選択的場所上に適用することと、
前記はんだペースト上に構成要素を設置することと、
前記熱的に脆弱な基板を均一なパルス光で片側から照射することであって、前記光吸収層は、前記パルス光を吸光し、加熱された状態になり、前記熱は、その後、熱伝導を介して前記はんだペーストおよび前記構成要素に伝達され、前記はんだペーストを融解させる、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記光吸収層の場所は、前記構成要素に接続するために利用される前記はんだペーストの場所に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱的に脆弱な基板は、光透過性である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱的に脆弱な基板は、ＰＥＮである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記熱的に脆弱な基板は、ＰＥＴである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記熱的に脆弱な基板は、ポリカーボネートである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記熱的に脆弱な基板は、紙である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光吸収層の面積は、前記構成要素の熱質量および前記はんだペーストの熱質量に正比例する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記はんだペーストは、有害物質規制指令に準拠している、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記はんだペーストを処理するための前記パルス光のエネルギーは、３〜３０Ｊ／ｃｍ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法であって、前記方法は、
熱的に脆弱な基板上に第１の光反射層および光吸収層を印刷することと、
前記光反射層および前記光吸収層上に複数の伝導性トレースを選択的に堆積させることと、
はんだペーストを前記光吸収層の場所に対応する選択的場所上に適用することと、
前記伝導性トレースおよび前記第１の光吸収層上に第２の光反射層を選択的に堆積させることと、
前記はんだペースト上に構成要素を設置することと、
前記基板を均一なパルス光で２つの側から照射することであって、前記光吸収層および前記構成要素は、前記パルス光を吸光し、加熱された状態となり、前記熱は、その後、熱伝導を介して前記はんだペーストに伝達され、前記はんだペーストを融解させる、ことと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記光吸収層の場所は、前記構成要素に接続するために利用される前記はんだペーストの場所に対応する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱的に脆弱な基板は、光透過性である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記熱的に脆弱な基板は、ＰＥＮである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱的に脆弱な基板は、ＰＥＴである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱的に脆弱な基板は、ポリカーボネートである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱的に脆弱な基板は、紙である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記光吸収層の面積は、前記構成要素の熱質量および前記はんだペーストの熱質量に正比例する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記はんだペーストは、有害物質規制指令に準拠している、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記はんだペーストを処理するための前記パルス光のエネルギーは、３〜３０Ｊ／ｃｍ２である、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
方法であって、
熱的に脆弱な基板上に光反射層および光吸収層を印刷することと、
前記光反射層および前記光吸収層上に複数の伝導性トレースを選択的に堆積させることと、
導電性エポキシを前記光吸収層の場所に対応する選択的場所上に適用することと、
前記導電性エポキシ上に構成要素を設置することと、
前記熱的に脆弱な基板を均一なパルス光で片側から照射することであって、前記光吸収層は、前記パルス光を吸光し、加熱された状態となり、前記熱は、その後、熱伝導を介して前記導電性エポキシおよび前記構成要素に伝達され、前記導電性エポキシを融解させる、ことと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、硬化プロセスに関し、より具体的には、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンテッドエレクトロニクスの分野では、最近の傾向は、セラミック、ガラス、またはエポキシ繊維ガラスベースの回路基板（ＦＲ４等）を基板材料として使用することから離れ、より低いコストおよびより可撓性の形状因子のための比較的に安価な基板に向かって進んでいる。しかしながら、（ＰＥＮ、ＰＥＴ、ポリカーボネート、および紙等の）新しい基板材料は、それらの先行物より熱的に脆弱である傾向にある。これは、高い温度が、薄膜を処理する、または基板に離散した構成要素を付着させるために要求されるときに問題となり得る。例えば、熱的に脆弱な基板上に構成要素をはんだ付けするプロセスは、従来のはんだが、熱的に脆弱な基板が対処し得るものよりはるかに高い処理温度を要求するため、非常に困難になる。
【０００３】
本開示は、熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための改良された方法を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
好ましい実施形態によると、光反射層および光吸収層が、熱的に脆弱な基板上に印刷される。複数の伝導性トレースが、光反射層および光吸収層上に選択的に堆積される。はんだペーストが、次いで、光吸収層の場所に対応している選択的場所上に適用される。構成要素が、はんだペースト上に設置された後、基板は、均一なパルス光で片側から照射される。光吸収層は、パルス光を吸光し、加熱された状態になり、熱は、その後、はんだペーストを加熱および融解させるために、熱伝導を介してはんだペーストおよび構成要素に伝達される。
【０００５】
本発明の特徴および利点の全てが、以下の詳細に記述された説明において明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明自体、およびその好ましい使用モード、さらなる目的、および利点は、例証的実施形態の以下の詳述される説明を付随の図面と併せて熟読しながら参照することによって、最も深く理解されるであろう。
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａ−１Ｄは、第１の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法を描写する。
【図１Ｂ】図１Ａ−１Ｄは、第１の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法を描写する。
【図１Ｃ】図１Ａ−１Ｄは、第１の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法を描写する。
【図１Ｄ】図１Ａ−１Ｄは、第１の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法を描写する。
【０００８】
【図２Ａ】図２Ａ−２Ｅは、第２の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法を描写する。
【図２Ｂ】図２Ａ−２Ｅは、第２の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法を描写する。
【図２Ｃ】図２Ａ−２Ｅは、第２の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法を描写する。
【図２Ｄ】図２Ａ−２Ｅは、第２の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法を描写する。
【図２Ｅ】図２Ａ−２Ｅは、第２の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法を描写する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
熱的に脆弱な基板を回路基板として使用するときに克服される必要がある１つの主要な障害は、チップの付着である。概して、熱的に脆弱な基板上にチップを付着させるために、２つの方法のみが、存在する。第１の方法は、低温はんだを使用し、構成要素を付着させることであり、第２の方法は、導電性エポキシを使用し、構成要素を付着させることである。第１の方法の問題は、低温はんだの性能が、より高温の従来のはんだのものより有意に非ロバストであり、熱循環が、低温はんだを亀裂させ得ることである。第２の方法は、従来のはんだを使用することより高価である。加えて、導電性エポキシは、機械的により脆弱であり、第２の方法において使用される伝導性接着剤の電気抵抗性は、低温はんだのものよりはるかに悪い。したがって、上記に言及される２つの方法のいずれも、低い性能および／または高いコストに起因して、好ましいものではない。
【００１０】
一般的に言えば、Ｓｎ９６．５／Ａｇ３．０／Ｃｕ０．５またはＳｎ９６．５／Ａｇ３．５合金等の、標準的な有害物質規制指令（ＲｏＨＳ）に準拠しているはんだを使用することが、好ましい。これらのはんだは、約２１９℃の液相温度を有する。典型的なオーブンリフローはんだ付けの温度条件は、５分間にわたる２００℃を上回る温度である。残念ながら、オーブンリフローはんだ付け技法は、ＰＥＮ（１８０℃の最大加工温度を有する）、ＰＥＴ（１５０℃の最大加工温度を有する）、ポリカーボネート（１１５〜１３０℃の最大加工温度を有する）、または紙（１５０℃の最大加工温度を有する）等の熱的に脆弱な基板の使用を除外する。
【００１１】
これまで、光硬化技法は、熱的に脆弱な基板上で薄膜を処理するために利用されている。基本的には、短い光のパルスからのより高い温度とより低い熱予算との組み合わせが、利用され、熱的に脆弱な基板を損傷させることなく薄膜を処理することができる。現在、光硬化技法は、熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを熱的に処理する問題を緩和させる可能性を有する。理論上、はんだは、熱的に脆弱な基板が、その最大加工温度を超えても加熱され得るほど短い時間尺度において加熱されることができる。しかしながら、実践では、これは、光硬化が、概して、比較的に厚い基板上での薄膜の処理に適用されるため、上記に言及される問題を解決しない。光硬化技法では、熱的に脆弱な基板上の薄膜が、閃光灯からのパルス光によって、熱的に脆弱な基板が、損傷されることなく通常とり得るものを超える温度まで非常に急速に加熱される。パルス光による加熱の後、薄膜は、薄膜による熱的に脆弱な基板への熱伝導を介して急速に冷却される。これは、熱的に脆弱な基板が、薄膜よりはるかに厚く、薄膜のものより大きい熱質量を有するため、可能である。熱的に脆弱な基板のより大きい熱質量と、薄膜から熱的に脆弱な基板への熱の熱伝導との組み合わせは、ピーク温度が、多くの場合、熱的に脆弱な基板の公開最大加工温度より高いにもかかわらず、昇温状態で費やされる時間を最小限にさせることによって、熱的に脆弱な基板への損傷を被ることを防止することに役立つ。
【００１２】
しかしながら、構成要素付着の場合では、構成要素およびはんだペーストは、多くの場合、熱的に脆弱な基板より厚い。したがって、光のパルスで構成要素をはんだ付けするために要求されるエネルギー量はまた、プロセスにおいて熱的に脆弱な基板を歪ませるであろう。例えば、はんだペーストを処理するために必要とされる放射露光量は、３〜３０Ｊ／ｃｍ２である。本エネルギー量は、多くの場合、電気トレースが、閃光灯からのパルス光の一部を吸光するため、熱的に脆弱な基板上に蓄積され得る大部分の電気トレースの損傷閾値より高い。これが、生じると、電気トレースは、熱くなった状態になり得、電気トレースの真下またはそれに隣接する熱的に脆弱な基板をアブレートする、または局所的に歪ませ得る。加えて、急速な加熱は、はんだペースト中の揮発性物質を放出させ、これは、はんだペースト上に凝集破壊を引き起こし得る。言い換えると、急速な加熱からのガス発生が、はんだペーストを炸裂させ、良好なはんだ接続を行ういかなる希望も破壊する。
【００１３】
閃光灯からのパルス光を使用し、はんだペーストを加熱することの別の問題は、異なる面積および厚さの構成要素が、異なる放射露光を要求することである。半導体構成要素は、熱伝導性であるため、それらの熱伝導性が、基板のものよりはるかに上回ることから、はんだペーストが加熱される必要がある同一温度まで加熱される必要がある。これは、異なる厚さまたは面積の構成要素が、それらの熱質量が、異なるため、異なる放射露光量を要求することを意味する。異なるサイズの構成要素が全て、同一の基板上に位置するとき、一部のものを過剰に硬化させながら他のものを過小に硬化させずに全てのはんだ接続を同時に硬化させることは、不可能である。
【００１４】
光硬化技法と関連付けられる上記に言及される問題に対処するために、本発明は、熱的に脆弱な基板上に電気構成要素をはんだ付けするための改良された方法を提供する。
【００１５】
ここで図面、特に、図１Ａ−１Ｄを参照すると、第１の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法が、図示される。最初に、光反射層１１および光吸収層１２が、図１Ａに示されるように、熱的に脆弱な基板１０上に選択的に印刷される。光吸収層１２の場所は、構成要素に接続するために利用されるべきはんだペーストの将来の場所に対応するべきである。好ましくは、光透過性である、熱的に脆弱な基板１０は、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ポリカーボネート、または紙であり得る。
【００１６】
次いで、複数の伝導性トレース１５が、図１Ｂに描写されるように、光反射層１１および光吸収層１２上に選択的に堆積される。はんだペースト１６ａ−１６ｄが、次いで、図１Ｃに示されるように、光吸収層１２の場所に対応する場所に適用される。例えば、はんだペースト１６ａは、光吸収層１２ａの上方に位置し、はんだペースト１６ｂは、光吸収層１２ｂの上方に位置し、はんだペースト１６ｃは、光吸収層１２ｃの上方に位置し、はんだペースト１６ｄは、光吸収層１２ｄの上方に位置する。
【００１７】
構成要素１８ａが、はんだペースト１６ａ、１６ｂ上に設置され、構成要素１８ｂが、はんだペースト１６ｃ、１６ｄ上に設置された後、構造全体が、図１Ｄに描写されるように、均一なパルス光で熱的に脆弱な基板１０の底部（非構成要素側）から照射される。光反射層１１が、パルス光を反射する一方、光吸収層１２は、パルス光を吸光し、加熱された状態になる。本熱は、その後、熱伝導を介してはんだペースト１６ａ−１６ｄおよび構成要素１８ａ、１８ｂに伝達され、はんだペースト１６ａ−１６ｄを加熱し、それによって、はんだペースト１６ａ−１６ｄを融解させる。
【００１８】
構成要素１８ａおよび１８ｂは、異なるサイズであり、異なる量のエネルギーを要求するにもかかわらず、精密な量のエネルギーが、はんだペースト１６ａ−１６ｄのそれぞれに送達されることができる。これは、はんだペースト１６ａ−１６ｄのそれぞれの下の光吸収層１２の種々のサイズによって制御される。加えて、通常、それらの温度が基板１０を歪ませるであろうほどまでアブレートまたは加熱されるであろう、電気トレース１５が、光反射層１１によって保護される。
【００１９】
ここで図２Ａ−２Ｅを参照すると、第２の実施形態による、パルス光を使用して熱的に脆弱な基板上ではんだペーストを硬化させるための方法が、図示される。第１の実施形態と同様に、光反射層２１および光吸収層２２が、図２Ａに示されるように、熱的に脆弱な基板２０上に選択的に印刷される。光吸収層２２の場所は、構成要素に接続するために利用されるべきはんだペーストの将来の場所に対応するべきである。好ましくは、光透過性である、熱的に脆弱な基板２０は、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ポリカーボネート、または紙であり得る。
【００２０】
次いで、複数の伝導性トレース２５が、図２Ｂに描写されるように、光反射層２１および光吸収層２２上に選択的に堆積される。はんだペースト２６ａ−２６ｄが、次いで、図２Ｃに示されるように、光吸収層２２の場所に対応する場所に適用される。第２の光反射層２３が、次いで、図２Ｄに描写されるように、暴露された（はんだペーストによって被覆されていない）伝導性トレース２５および暴露された（はんだペーストによって被覆されていない）光反射層２１上に堆積される。
【００２１】
構成要素２８ａが、はんだペースト２６ａ、２６ｂ上に設置され、構成要素２８ｂが、はんだペースト２６ｃ、２６ｄ上に設置された後、構造全体は、図２Ｅに示されるように、均一なパルス光で上部および底部から照射される。光反射層２１および２３が、パルス光を反射する一方、光吸収層２２は、パルス光を吸光し、加熱された状態になる。本熱は、その後、熱伝導を介してはんだペースト２６ａ−２６ｄおよび構成要素２８ａ、２８ｂに伝達され、はんだペースト２６ａ−２６ｄを加熱し、それによって、はんだペースト２６ａ−２６ｄを融解させる。
【００２２】
図１Ａ−１Ｄに示される第１の実施形態では、光反射層１１が、選択的に適用される必要はない。これは、単に、基板１０および光吸収層１２にわたってコーティングされ得る。光吸収層１２が、パルス光で加熱されると、光吸収層１２からの熱は、伝導を介して光反射層１１を通して伝達され、はんだペースト１５を加熱する。これは、同様に、図２Ａ−２Ｅに示される第２の実施形態における、光反射層１１に面する基板１０上でも可能である。第２の実施形態では、構成要素２８Ａ−２８Ｂは、はんだペースト２６ａ−２６ｄを加熱するためのスタックの上部対向側の吸収体としての役割を果たす。
【００２３】
説明されているように、本発明は、熱的に脆弱な基板に１つ以上の印刷されたマスクを適用し、閃光灯からのパルス光の選択的な吸光を可能にし、それによって、閃光灯からの放射露光を空間的に調整し、隣接する構造または熱的に脆弱な基板への損傷を引き起こすことなくはんだペーストを選択的に加熱することによって、熱的に脆弱な基板上に電気構成要素をはんだ付けするための改良された方法を提供する。異なるサイズおよび厚さの構成要素が、同一のパルス光で熱的に脆弱な基板に付着されることができる。プロセス全体は、１秒未満で実施されることができる。はんだペーストを硬化させるステップに加えて、本発明の方法は、導電性エポキシ、接着剤、または他の材料等の種々の材料を熱硬化させるために利用されることができる。
【００２４】
本発明の方法の１つの利点は、標準的なＲｏＨＳ準拠はんだが、熱的に脆弱な基板と併用され得ることである。本発明の方法の別の利点は、光硬化源の位置合わせが、要求されないことである。位置合わせは、印刷されたマスクによって提供される。
【００２５】
本発明は、特に、好ましい実施形態を参照して示され、説明されているが、種々の形態および詳細の変更が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その中に成され得ることが、当業者によって理解されるであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2021516451.tif 000009
【図２Ｅ】
2021516451.tif 000010
【国際調査報告】
2021516451.tif 000011