一種無需添加材料進行焊接將元件連接到連接支座的方法
2023-10-19 02:19:02 2
專利名稱：一種無需添加材料進行焊接將元件連接到連接支座的方法
技術領域：
本發明涉及一種連接一個或多個元件到連接支座的方法。特別涉及電子元件或光電元件的相互連接和包裝。
已經知道有各種類型的連接支座。第一種類型的支座稱作「互連支座」，是用來接受多個元件，可用作元件互相連接裝置，如用來形成電路。另一種類型的支座稱作「中間支座」，通常用於結合包裝內的元件。中間支座的的作用其實是使一個或多個元件的小間距的連接端子適合於印製電路板的較寬的間距。中間支座的另一作用是減少由於元件和互連支座，或元件和印製電路板，之間熱膨脹係數不同造成的應力。
因此，本發明可以應用於電子和光電子領域，特別是用於元件互相連接和/或其包裝互相連接。本發明特別涉及手提電話的元件。
這些技術之一是利用易熔材料球來連接元件。這種技術也稱作「倒裝片工藝」，是用低熔點的材料覆蓋元件的連接端子或支承基底的接受端子。這種材料一般具有突出的或球形的形式。在將元件設置在支承基底上後，仔細地使對應的端子重合，易熔化的材料受熱成形並將接觸端子焊接到接受端子上。這種焊接中易熔化材料構成了添加材料。
易熔化材料的熔化通過加熱由球覆蓋的元件和支座形成的組件來進行。這主要發生在熔點足夠低不會影響到元件的情況下。另一方面，當元件是易碎的時，熔化材料的球也可以局部加熱，例如通過雷射束。
通過熔化材料球連接的技術要求很多工藝步驟。事實上要求元件和連接支座設置銷釘，銷釘是互相獨立的，是可用熔化材料潤溼的材料製成。因此需要用熔化材料來覆蓋釘銷，最後還需要進行焊接。
另外，熔化材料球使元件之間，或元件和連接支座之間保持一定的空間。這個空間在一些情況下削弱了元件的緊湊性，還存在對損害良好保護的危險。
最後，進行焊接需要的附加材料，如熔化材料，和接受熔化材料的粘合層很可能含有鉛，這對環境是有害的。
本發明的一個目的主要是提出一種簡單和經濟的連接方法，這種方法可減少操作步驟的數目。
本發明的另一個目的是提出一種可避免使用鉛的方法。
本發明的另一個目的是提出一種特別緊湊和可靠的元件的包裝。
為實現這些目的，本發明特別為這些目的提供了一種可連接帶有多個電連接端子的至少一個元件到連接支座的方法，其包括a)設置由可透過至少一種雷射光束波長的材料製成的連接支座，所述支座設有至少一個第一面，所述第一面帶有與所述元件的所述連接端子相配合的接受端子，所述接受端子包括無需填加材料就能夠焊接到所述元件的連接端子的材料。
b)所述元件設置在所述連接支座的所述第一面上，使所述元件的連接端子與所述支座的所述接受端子重合；
c)通過施加透過所述支座的可透過波長材料的雷射束到所述接受端子，所述元件的連接端子直接焊接到所述支座的所述接受端子。
支座採用可透過光波的材料使得可以高精確地接近接受端子並可施加焊接所需的能量。應當重視的是在本發明的情況下，焊接是直接將接受端子的材料或多種材料焊接到連接端子的材料或多種材料。換句話，無需熔化材料或附加材料在焊接前放在端子的適當位置。
端子材料最好從鎳、鐵和/或其合金中選出。這些材料具有能夠被雷射束局部強烈加熱的特性。可進行快速焊接而不會有大量的熱散發到連接支架。這使得支座使用相對易碎的材料成為可能。此外，焊接主要限制在接受雷射束的接受件和接觸端子。
對加熱非常敏感的支座，當然可以採用其它的材料來製造接觸或接受端子。
接受端子焊接到連接端子可一步步進行焊接。在這種情況下，對互相面對的不同對的端子一個接一個地進行焊接。使用雷射束實際上允許只焊接大約一微秒長的時間。或者，也可以同時焊接多個對的端子。這可以伴隨全息技術來進行，全息技術可使支座根據對應於端子的全息圖案來接受雷射。如引言部分所示，本發明可有利地用於互連各種元件和包裝元件。
在第一種情況下，即元件互連的情況下，可以連接多個元件到設有連接軌條可選擇性地連接不同接受端子到一起的同一支座上。
連接軌條因此可電連接同一元件或不同元件的端子到一起。還可用於連接元件到電源和/或設置在連接支座上的信號輸入/輸出端子。
在涉及元件包裝的應用中，本發明的方法可用於連接元件到中間支座。如在引言部分所提到的，中間支座可以有保護元件的作用，重新分配接觸端子的作用，以便使端子的間距適合與接受支座；最後還有減少由於機械接觸的元件熱膨脹係數不同造成的機械應力的作用。
具體來講，中間連接支座的材料可從熱膨脹係數高於元件的熱膨脹係數但低於最後接受支座的熱膨脹係數的材料中選擇，其中帶有中間支座的最後支座元件必須連接到最後接受支座。用作中間支座的連接支座可以有利地用溶凝膠型材料來製造。這些材料的熱膨脹係數實際上容易進行控制。另外，熔凝膠材料允許形成的連接支座的朝著元件的表面至少部分地具有相同形狀。例如，溶凝膠製成的中間支座可影響到元件的實施。
中間支座可使其表面相對帶有多個第二端子分別連接到接受端子的元件，例如，通過金屬孔。可使第二端子的間距適合於最後的元件需要銜接的連接支座。
根據本方法的具體實施，第二端子在平行第一和第二面的平面上偏置於接受端子。這允許通過第二面和與其正交的雷射束可以使用。在這種情況下，雷射束穿過支座的最小厚度。
為了得到各自與中間支座相連的多個元件，同一主基底的元件可以連接到連接支座，然後主基底和連接支座可以伴隨形式進行切割。切割可形成分別固定在連接支座上的元件，連接支座的尺寸調整到適合元件。各個元件仍可以各自連接到中間支座。
最後，本發明涉及一種裝置，其包括至少一個帶有連接端子的元件和帶有接受端子的連接支座。根據本發明，連接支座是可透光的，接受端子直接焊接到連接端子上。
圖1是根據本發明的元件和用作中間支座的連接支座的示意性剖視圖，並顯示了連接方法的步驟；圖2是元件和用作各種元件互相連接的連接支座的示意性剖視圖。
圖1顯示了連接到中間連接支座10的電子元件12，例如晶片。中間連接支座10例如是一片玻璃，在其朝向元件的第一面14上設有多個接受端子16。接受端子的位置與元件12的接觸端子18的分布圖形重合。這些圖形分布在元件朝向中間支座的表面上。還可以看到元件12和中間支座10的相對設置是使各連接端子18與一個接受端子16相接觸。為了清楚起見，圖中只顯示了兩對端子。然而，在元件和支座上可以設置多很多的端子。
中間連接支座在相對第一表面的第二表面24上還設有第二端子26。第二面上的各個第二端子26通過穿過絕緣的支座的金屬化孔13分別連接到第一表面上的各個接受端子16。如果需要的話端子可通過導電軌條延伸和連接到金屬化的孔。
在連接支座製造端子和導電軌條或金屬化的孔涉及到眾所周知的技術。具體來講，形成軌條和金屬化可通過沉積、平版印刷和蝕刻，通過電化學生長或絲網印刷術。各種技術還可以用於形成穿過支座的孔。這些技術可根據支座的材料來採用。最可能採用蝕刻技術或雷射加工技術。用雷射加工玻璃可以比如形成直徑可小於30微米的孔。
當元件12設置在支座10上，如圖1所示，可進行焊接將接受端子16焊接到元件的連接端子18。用箭頭L示意性顯示的雷射束穿過連接支座10施加到接受端子16。連接支座實際上具有雷射輻射可穿過的特性。因此，其提供了不需考慮元件或相鄰元件的尺寸與接受端子相接觸。焊接是直接在接受端子的材料和元件的接觸端子的材料之間進行焊接。換句話，焊接是局部焊接，不需要添加金屬，在端子之間不需要任何中間熔化材料。
第二面24上的端子26最好是橫向偏置於接受端子16。這樣可允許使用的雷射束以一般的入射角進入支座。
雷射束可連續地施加到各個待焊接的端子，或集體地施加到多個端子。
標記32表示設置在元件和中間支座之間的元件保護材料。該材料可以是液體材料，如環氧樹脂，可以通過毛細吸引力引入，然後固化。該材料的作用是保護元件和連接端子免於任何化學品和/或大氣的侵蝕。還可以通過部分地使端子免於受到這些部件之間存在的力來幫助確保元件和中間支座之間有很好的機械接觸。最後，在元件是光電型元件時，保護材料32還可以用作光導。
在圖1所示的連接支座的具體應用中，在平行於連接平面上的尺寸基本上調節到元件的尺寸。這個特徵可通過伴隨著對包括元件的基底和提供支座的基底進行切割來得到。這可以在緊湊性方面具有重要的優點，特別是對於手提電話等設備。在正交於連接平面上同樣可得到很好的緊湊性，因為不存在熔化材料球。
帶有中間支座的元件然後可以連接到印製電路板或另外的互連支座。這樣的連接可根據本發明進行，或以傳統的方式通過熔化材料球進行。這種球和互相連接支座用虛線圈出用以說明。
圖2顯示了元件12連接到互相連接支座10。
元件12在沒有任何端子的表面上設有連接到導電銅框架52的晶片50。導電框架具有一定數量的互相絕緣的具有導電接線片18形式的延伸部分。導電接線片設置在框架52的周邊並連接到晶片50的端子56。端子56位於元件相對框架的表面。接線片18連接到端子56是通過眾所周知的引線形式進行的。
絕緣材料58用來模壓在晶片和導電框架上。絕緣材料58在導電接線片18之間延伸，但是不覆蓋其相對晶片的表面。同樣不覆蓋位於晶片下的框架部分。
框架52和導電接線片的的暴露表面被例如電鍍鎳來覆蓋。
與圖1類似，互相連接支座10是由焊接雷射束可透過的材料製成，在其朝著元件的表面上設有延伸成導電軌條16a的接受端子16。在圖2的特定的實施例中，端子和軌條只是設置在支座10的一個表面上。
接受端子與導電接線片18接觸，在這裡接線片具有與圖1所示元件的連接端子的相同作用。
標記L表示的雷射焊接也穿過支座10進行，利用了支座透光的性質。、連接到同一互相連接支座的其它元件用虛線顯示。可以看出作為互連支座的接受端子的延伸的導電軌條16a也焊接到另一元件的導電接線片，因此提供了元件的電的互相連接。
引用的文獻(1)EP-0-918-354-A(2)EP-0-955-676-A(3)JP-10 032 224-A(4)WO-98 33 211-A(5)WO-00 11 715-A(6)JP-07 094 845-A(7)JP-10 022 328-A(8)US-4 023 005-A(9)US-5 829 125-A(10)WO-00-55 925-A
權利要求
1.一種將帶有多個電連接端子(18)的至少一個元件(12)連接到連接支座(10)的方法，其包括a)設置由可透過至少一種雷射光束波長的材料製成的連接支座(10)，所述支座設有至少一個第一面(14)，所述第一面帶有與所述元件的所述連接端子(18)相配合的接受端子(16)，所述接受端子(16)包括無需填加材料就能夠焊接到所述元件的連接端子的材料；b)所述元件(12)設置在所述連接支座(10)的所述第一面(14)上，使所述元件的連接端子與所述支座的所述接受端子(16)重合；c)通過施加透過所述支座的可透過波長材料的雷射束到所述接受端子，所述元件的連接端子直接焊接到所述支座的所述接受端子。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多個元件連接到所述同一支座，所述支座設置了可選擇地連接接受端子的連接軌條(16a)。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述至少一個元件(12)連接到連接支座(10)。所述連接支座設有相對所述第一面(14)的第二面(24)，所述第二面帶有多個第二端子(26)，分別連接到所述第一面的接受端子(16)。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述第二端子(26)在平行於所述第一和第二面的平面上偏置於所述接受端子(16)，允許使用穿過所述第二面和與其正交的焊接束(L)。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多個固定在所述同一基底的元件連接到連接支座，所述基體和連接支座在連接後伴隨著切割，為了將固定到所述連接支座的元件界定成為調整尺寸。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟a)包括用從玻璃和溶凝膠型材料中選出的材料製成連接支座(10)，然後在所述支座上設置接受端子。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述方法包括在所述用溶凝膠製成的支座設置第一面，其至少部分與所述元件的形狀相同。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟a)包括用熱膨脹係數大於或等於所述元件的熱膨脹係數的材料製成連接支座。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述接受端子(16)用從鎳、鐵和/或其合金中選出的材料製成。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括在步驟c)後，在所述連接支座和所述元件之間設置保護材料(32)。
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述接受端子(16)焊接到所述連接端子(18)是一步步焊接的。
12.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述接受端子(16)焊接到所述連接端子(18)是集體全息圖形焊接。
13.一種包括帶有連接端子(18)的至少一個元件(12)和帶有接受端子(16)的連接支座(10)的裝置，其特徵在於，所述連接支座(10)是可透光的，所述接受端子直接焊接到所述連接端子。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述連接支座(10)的尺寸基本上調整到所述元件(12)的尺寸。
15.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述元件(12)包括用導電接線片連接到金屬化的支撐框架(52)的模壓晶片(50)，所述接線片形成所述連接端子(18)。
全文摘要
本發明涉及一種將帶有多個電連接端子(18)的至少一個元件(12)連接到連接支座(10)的方法，其包括a)設置由可透過至少一種雷射光束波長的材料製成的連接支座，所述支座設有可接受所述元件的端子，b)所述元件(12)設置在所述連接支座(10)上，使所述元件的連接端子與所述支座的所述接受端子重合；c)通過施加透過所述支座的可透過波長材料的雷射束，所述元件的連接端子直接焊接到所述支座的所述接受端子。
文檔編號H01L23/15GK1396684SQ0214068
公開日2003年2月12日 申請日期2002年7月8日 優先權日2001年7月10日
發明者J·F·阿庫 申請人:皇家菲利浦電子有限公司