元件間的電連接的製作方法
2023-09-13 16:52:20
專利名稱：元件間的電連接的製作方法
技術領域：
本發明涉及元件間的電連接，例如將微晶片或其他電子元件連接到印刷電路板形式的基板上的電路上，同時涉及將元件的電接點連接到電路上電接點的方法、實施此方法的設備以及由此獲得的電路。
背景技術：
已知有種種技術用來將元件例如微晶片(晶片)連接到印刷電路板(基板)上的電路上。
引線接合是最古老的傳統方法。在這種方法中，將元件精確地定位於基板上(≤±30μm)，使元件上表面(遠離基板)上的接點與基板上表面上的各相關接點鄰近。元件上的這些接點為引線形式，長200μm，從此元件向上延伸，此元件通過晶片焊接由粘合劑被固定到基板上的適當位置。引線接合機將一段引線，通常為25μm直徑的金或鋁引線，鋪伸於一對有關接點(一個在元件上而另一在基板上)之間。同時將此引線的兩端焊接到相應的接點上，例如用超聲焊或熱焊。在這一階段的引線接頭是脆弱的、暴露的金屬環，它們從基板表面上突起且這種金屬引線常常是不絕緣的。於是，一般將這種引線接頭進行密封，例如用矽酮材料密封，使其不受損傷並得以絕緣，防止引線接頭間發生接觸以及可能的短路。
由於引線接點從該表面上突起，此種方法對於扁平的產品如智慧卡或RFID(射頻識別裝置)是不理想的。儘管這種方法可以全自動化，但它是昂貴的，同時對於具有多個連接點的處理器而言，每個晶片會花費約10美分。產量比期望的低，用典型的自動化機器產量約為10000元件/小時。此外，上述產量與元件的複雜性或擬製造的接頭數有關；於是越複雜的元件生產得也越慢。
另一種方法是接片接合。在這種方法中，於基板中設有略大於元件佔地區域的孔，而接點則適當地位於與此孔相鄰的基板上表面上。此元件的接點形式是外延的水平取向的引線或支線。此元件是以一部分置入該孔內，讓突伸的支線與基板上相關的接點接觸。這些相關接點對(一個接點在元件上而另一個在基板上)然後焊接或彎曲到一起，完成所需的電路。這種方法要求專門設計與製造的基板，具備合適的孔與接點，因而會是昂貴的，並且主要只供高價的應用。
在較為新近的一種稱之為「倒裝片」的方法中，此元件是以翻轉狀態即以元件下表面上的接點與基板鄰近的狀態置於基板之上。元件或基板上的接點升起或「隆起」，以在元件與基板電路之間提供突起的電連接點。為了形成這種隆起部已知有幾種不同的方法，包括鈀(Pd)隆起、鎳金(NiAu)隆起、聚合物隆起、焊劑隆起，以及可能時採用隆起部下的金屬化(UBM)。
在另一種方法中，元件是精確地預安裝於稱之為內插器的支承片或支承帶上，後者具有定位適當的接點以與上述元件電連接。然後將安裝有元件的內插器置於基板上並通過內插器與基板上的接點盤而與基板電連接。這種接點盤較大，面積一般為若干平方毫米，因此內插器置放於基板上時不需要有大的精度。這些接點常常是壓或壓接到一起以完成在內插器與基板之間，因而在元件與基板間的電連接。這種方法的缺點是用到了附加的部件，即內插器，也就需要另外的處理步驟。
發明概述本發明在其一個方面提供了將元件的接點與電路中的或用於電路的相關接點電連接的方法，此方法包括在這些接點之間澱積材料，而這種材料形成或被處理以在這些接點之間形成電連接件。
與元件接點的連接件可以是電路的相關接點、另一元件的相關接點或是原來元件的另一接點。這種電連接件本身的一部分可以構成另一元件或其一部分。
元件通常需要在不止一處與電路連接，因而按要求重複本方法直到在接點間已形成了全部所需的連接。
上述元件可以從廣泛範圍加以選擇，包括微晶片(模擬或數字的)，其中包括具有一層非導電材料在外露的電路之上以防發生有害電接觸的無源晶片；微處理機；存儲晶片；定時晶片；電容器；電晶體；電阻器；電感器；二極體；開關；繼電器；螺線管；微音器；揚聲器；放大器；壓電器件或晶體；羚羊衛星或天線；電池；燃料電池；光生伏打電池；太陽能電池；發光二極體(LED)；發光聚合物(LEP)；液晶顯示器(LCD)；電荷耦合器件(CCD)；半導體成像器件，或是用於以上任一種的支座、連接器、端子或插座。
所述電路一般形成在基板上。所述材料一般是以用焊接不可能的方式澱積並附著於基板上。該基板可以是廣泛範圍的材料，包括塑料、紙、陶瓷等。此基板一般取剛性或撓性片料的形式，例如為塑料片等。基板一般有導電線道，包括例如由光刻法形成於其上的接點。此基板通常形式為印刷電路板。
電連接件通常為線道形式，特別是細長線道的形式(即長度大於寬度)。線道的寬度與長度可適當地選擇(以及變化)成用現有技術不可能實現的方式來滿足要求。這多個連接件並不要求相同而是可以有分別確定的尺寸。
這種線道的寬度和/或長度可以有計劃地超尺寸以產生提高電導率和/或允許減少澱積精度的線道。
所述電連接件一般是有選擇地設置於接點之間。這種電連接件可選擇地形成為具有所需的限制範圍(通常是具有所需長度與寬度的線道)。另一種方法是可以形成較所需範圍更大的導電材料層，然後，例如用掩模，有選擇地除去或處理這種材料而在所需區域上只留下電連接件。在此另一種方法中，所述材料可不必要有第一種方法中所需的定位精度進行澱積。
這種方法通常包括使元件相對於它所連接的電路定位設置。
此元件相對於電路定位設置時可採用一系列方法，包括人工定位與機械定位。機械定位從速度與精度考慮為優選的，且最好是由計算機控制，可採用內行人周知的合適的布設裝置，包括拾-放式機械手。拾-放式機械手由於很牢固而頗適合這種用途，通常的處理能力可達60000件/小時，且通過採用適當軟體而能有廣泛的用途。採用一或多個這種機械手可同時或連續地布設多個元件。
上述方法最好包括這樣一個步驟，即採用探測裝置(以自動方式而不用人工輸入)來探測元件的接點相對於電路相關接點的位置，同時將材料澱積於探測到這些接點的位置之間。
所述元件的接點位置可以通過測定接點位置直接地探測，或可以通過測定元件的位置而根據元件上接點位置的資料進行推斷而間接地測定。
元件的接點相對於電路上相關接點的位置可以通過多種方式(直接或間接地)測定，這是內行人所熟知的。在此最好採用數字成像裝置如CCD。另一些可能的方法包括使用光電二極體傳感器(根據例如接點的顏色進行位置測定)，或是使用貼近傳感器(根據對接點金屬的探測進行測定)。這種位置測定裝置可以包括數據處理裝置，例如圖像處理裝置以處理由成像裝置測出的數據並確定一或多個接點的位置。
前述材料最好用印刷方法澱積。這種印刷處理最好是一種非接觸式處理同時最好是數字處理，因為這樣就可通過採用合適的軟體快速地調整和控制澱積材料的精確位置，而不需為了進行定位使印刷裝置作實際的運動。此外，採用數字印刷能將本方法用來形成對多個元件的連接，此時由於可以迅速地作出合適的補償而不需相對於有關電路的精確定位。噴墨列印特別適於上述用途。典型的工業噴墨列印頭具有一些分隔開約140μm的噴嘴，於是通過選擇適當的一或多個噴嘴，就能高精度地澱積材料而不要求將列印頭相對於部件與電路進行機械式的重新定位。通過交錯開列印頭，可以縮減噴嘴間距，例如用4個交錯的列印頭可將這種間距縮短到35μm。其他可能的數字列印技術包括雷射列印、採用粉末調色劑。其他可用的模擬印刷技術包括墨滾印刷、絲網印刷、平版印刷、凹板印刷等。
當採用數字成像與數字列印相結合時，對於補償元件錯誤定位的任何必須調節可以通過調節澱積材料的位置和/或形狀進行，而不必去調節元件和/或電路的位置。此外，通過數字印表機可以用一道操作步驟處理多個元件和形成多個連接件。
擬澱積的材料通常取液體形式，可能帶有懸浮或分散的固體粒子，便於應用。
本發明提供了一種無焊料(且無鉛)的方法來形成電連接件。焊接需要較精確地將元件定位，因為只是形成一個點連接或一個焊點連接。此外，焊接方法不適用於跨接接點間的間隙。
用於澱積的材料可以從組成、形成或能經加工去形成接點之間導電連接件的廣範圍的材料中選取。例如此澱積材料可以包括金屬納米顆粒(澱積於適當液體載體中)。通過適當的處理例如熱處理、化學處理以及用紫外線照射等，這些粒料熔結到一起，或經退火而形成具有良好導電性質的連接件。另外，也可採用導電聚合物如PEDOT(聚-3，4-亞乙二氧基噻吩)，或可使其於現場由一或多種試劑反應產生。導電的顏料、墨水或塗漿，例如含石墨或含銀的，也可用來澱積成導電連接件。所澱積的材料也可包括金屬母體。再有一種可能性，這種導電連接件可以在現場通過金屬化反應形式，例如公開於本發明人等的PCT/GB2004/000358(WO 2004/068389)之中的。該說明書公開了在基板上形成導電金屬區的方法，包括於基板上澱積(例如通過噴墨列印、噴塗與浸漬等，而以噴墨列印最佳)金屬離子溶液，同時於基板上澱積(例如通過噴墨列印、噴塗與浸漬，而以噴墨列印最佳)還原劑溶液，使金屬離子與還原劑一起於溶液中反應而在基板上形成導電金屬區。這種方法能夠在接點間生產電導率高的連接件。
本發明的方法最好包括這樣一個初始步驟，即將活化劑例如催化劑或催化劑母體澱積到基板上，以激活一導電材料形成區。這種澱積最好由數字列印方法如噴墨列印進行。此種導電材料形成反應可以是例如上述WO 2004/068389中所公開的，在金屬離子與還原劑之間的反應，或也可採用內行人周知的無電鍍層技術。在這種處理中用到了浸漬，而最好是採用無源晶片(在外露的電路上設有不導電材料層以防電接觸)，因此它們適於浸沒在，例如，無電的金屬化浴中。在以自動催化方法處理時，最好對催化劑量作有節制的使用。上述活化劑應在擬連接的接點間提供連續的連接件，但不必且事實上最好不要完全覆蓋接點[至少是當接點是由將支承(催化)該導電材料形成反應的金屬形成時]；這樣做是沒有必要的，並且會浪費材料，此外可能降低最終形成的連接件的電導率。於是此活化劑可以以例如在接點間延伸的薄帶形式澱積。由金屬接點與澱積的活化劑激活的，後來的導電材料形成反應使此導電材料生長而覆蓋且連接此金屬接點與澱積的活化劑區。
另一種可能方法是，可將活化劑澱積到比所需電連接件的範圍較大的區域上，然後進行有選擇地除去或處理，使之在導電材料形成反應之前失效。在後一情形下，未處理的活化劑必須是不導電的。
可以結合上述方法有選擇地採用無電鍍層或電解鍍層技術，以在導電材料上形成金屬層而提高電導率。
以周知方式用粘合劑將元件固定於基板上一般來說是適當的。適用的粘合劑是內行人熟知的，包括UV可固化的粘合劑和環氧樹脂粘合劑，作為合適的操作技術包括噴墨列印。這種粘合劑可以是但不必須是導熱的，但最好是不導電即絕緣的。所述墨水也應相對於應進行的後續處理來選擇，例如為對催化劑穩定的墨水和金屬化，用以防止在後續的處理中元件脫離基板。
最好在將材料澱積到接點間之前將溼潤控制劑塗布於元件、基板和/或粘合劑(如果存在時)的表面。該溼潤控制劑起到通過調節表面能量來控制潤溼的作用，還起到例如在固化之前保持後續塗布的液體膜穩定地布散開的作用，以防脫溼或網狀化。適合的溼潤控制劑包括聚合物如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。聚丙烯酸、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯亞胺、聚環氧乙烷、聚乙二醇、明膠及其聚合物。溼潤控制劑可由任何便利的方式例如通過噴墨列印塗布。這種溼潤控制劑可以適當地塗布成薄膜形式，通常的厚度小於1微米，例如約100nm厚。
溼潤控制劑起到在不同的表面上，例如基板、粘合劑、元件的表面上產生更均勻表面能量的作用，可使澱積的材料比不採用這種控制劑時能形成寬度與厚度都較均勻的線道。
澱積材料的線道寬度也受到其所澱積的表面、表面上的任何塗層例如粘合劑、所澱積的材料量以及澱積材料組成等的影響。內行的人能迅速地求得這類變量的適當組合形式而給出所需寬度的澱積材料的線道。
在元件從基板上顯著突出且呈現帶臺階的輪廓的情況中，特別當這種臺階具有直角的拐彎部，例如有安裝在印刷電路板上的晶片時，就難以將材料(特別是液體形式的)澱積到元件的(垂直)側面和元件在此(垂直)側面與(水平)頂面之間的直角彎邊上。特別是，可能難以在元件的側邊上形成連續的液體層，尤其難以潤溼元件頂部的銳邊，因而也就不易於在這種邊界兩側產生導電的連接。為了克服這種困難已提出了各種方法。
1)改進元件例如晶片的設計，給元件設置斜面的、倒稜的、切成圓角的或弧形邊緣以取代按直角彎折的頂部邊稜。另一種可行的方法是將元件例如晶片製作得較薄因此降低臺階高度。
2)改進元件例如晶片的設計，使包括一接點(盤)，後者一直延伸到(或儘可能接近)頂邊，並且延伸通過頂邊(並)向下到元件的側面，或形成於元件的側面。這樣做的好處是因為通常所用的液體(例如墨水)一般會很好地溼潤接點的整個表面而較差地溼潤元件的表面，尤其是在無源晶片的情形中。結果常常只是在元件的表面上形成一層薄的液體膜，使液體易引向接點，可能導致液體成為不連續的，以致不能產生連續的電連接件。
3)在上述臺階的基板上澱積多量的材料來形成一斜坡或斜面，由此來減小臺階的尺寸或完全消除臺階。可以用噴墨列印來容易地實現上述目的，即給印表機編程，使之隨著接近元件的垂直側邊而增多其澱積的材料量，然後在到達頂部時減少澱積的材料量。這在電路板(或其他基板)上的金屬線道連接到位於這樣的微晶片上的銷或其他接點上時特別有用，而這種微晶片的取向則使得此銷或其他接點不對向電路板，從而所澱積的電連接件必須延伸到晶片的側邊。
但是上述方法存在某些缺點且受到若干限制。
對某些(非無源的)微晶片而言，有可能通過晶片邊緣與電路接觸，因而可與晶片邊緣接觸的任何液體(墨水)或粘合劑必須是不導電的。這種方法要消耗較多的墨水(這是昂貴的)，且較難用列印與固化方法實現，同時存在著對外露的電路(當存在時)形成導電連接的風險。此外，若是催化劑墨水層變得太厚，就有可能因誘發的應力使金屬化從基板上剝離。列印過多的墨水時也會助長橫向散布從而使列印的線道隨著其變厚而加寬。為了最有效地形成上述斜坡，最好是先列印一層墨水，固化後再列印另一層，固化並重複列印達到所需厚度，而不要打算用一次操作列印一厚層然後固化。為此最好採用下述的粘合劑斜坡建造方法。
4)在元件的側面上形成粘合劑斜坡，從基板表面引向元件頂部，通過在元件側面除去或修平該垂直的臺階以便於材料的澱積。這種方法能夠用粘合劑將元件保持於基板上適當地方，使粘合劑起到雙重作用。上述斜坡可以具有正向(凸)或負向(凹)的彎月形。最好的一種斜坡是從元件的拐角處除掉90°的角，亦即從元件過渡到粘合劑為平坦的，然後徐緩地向下彎到基板。對於高頻電路，最好還使此粘合劑斜坡覆蓋頂邊與接點間的區域。這樣將增加導電線道與元件間的距離，從而減少了有可能發生的任何電容耦合。
上述粘合劑可以在元件就位之前或之後塗布。在前一種情形，粘合劑可於基板上設在適當位置上(不要完全覆蓋接點，例如通過仔細地布設粘合劑或是採用非潮溼的粘合劑不去覆蓋住金屬接點)，然後再將元件放於粘合劑適當位置上。此粘合劑將被移動，且趨於形成從基板表面到元件側面的具有正向彎月形的斜坡。或者，可將元件直接置於基板之上，然後塗敷粘合劑形成從基板表面直到元件側面的斜坡，這種情形下很可能具有負向彎月面。在這兩種情形下，都是在以後將材料澱積到待連接的接點之間，通過粘合劑斜坡的上面。
對於方法3與4，重要的是，形成於元件側面上斜坡的材料應接觸(潤溼)元件的側面而不會於斜坡與元件間留剩下間隙。為了有助於實現此目的，元件可以如上所述用溼潤控制劑(例如PVP)預處理，以通過調節表面能量來控制溼潤，同時在固化之前保持液體膜穩定地布散(防止去溼或網紋化)。當存在外露的電路時，重要的是使粘合劑相對於元件的側面形成良好的密封結合，防止導電材料滲到元件與粘合劑斜坡之間。
本方法可以包括在將元件設定於基板上之前，將一或多層材料澱積於基板上的步驟。例如可在設有電子元件處澱積導電金屬層。此導電金屬層起到散熱器作用。這對於需要散熱器的電子元件例如由一或多個接點定位而脫離開基板的微晶片是特別有利的。一般，需要散熱器的微晶片具有沿一個方向延伸的接點銷和在相反方向的與散熱器連接的面。但是，通過於基板表面上澱積散熱器，這種微晶片或其他電子元件可以很方便地熱連接到面向基板的表面上而在一或多個其他面上則與電路電連。可將導熱材料澱積到導電金屬層表面上而提高電子元件與散熱器之間的熱導率。
此方法還包括在整個基板系統與一或多個元件上通過列印而形成保護性塗層(例如封裝或包套層)。
採用上述各種方法可以進行種種供選擇的附加的列印步驟。
本方法可以用於批量處理，但最好是在連續作業的基礎上，例如在生產線/輸送機上進行。在定位設置步驟中，可以於不同的處理階段，在不同元件上同時進行(一或多種材料)的位置探測與澱積以提高生產率。
本發明特別應用於生產RFID標記。本發明的方法可用來將RFID晶片連接到RFID天線上。此方法也可用來將RFID天線直接列印到RFID晶片的接點上，用一個步驟以澱積的材料來形成天線和對晶片的連接件，而不必通過獨立的步驟於晶片和天線間形成連接件。在這種情形下，此連接件部分地構成天線。
應用澱積技術於接點之間形成電連接是一種簡單、方便與靈活的方法。
此外，在涉及到探測步驟的最佳實施方式中，本發明的方法與現有技術的不同處在於，在將元件相對於其所連接的電路(至少是近似精確地)定位後，即相對於此電路的相關接點探測元件接點的位置。然後在探測到的接點位置之間通過澱積材料而形成電連接件，這一般是由這種材料來形成或經處理後形成連接起這些接點的連接件。因而，此元件就不必以絕對的精度相對於電路定位，這是因為如後續探測到的，通過在正確的位置中澱積連接件形成材料可以調節錯位。在本發明的方法中對元件定位精度的要求與已有的技術相比可顯著地降低。結果就能更快速地放置元件，而能提高生產率和減少設備費用。此外，與當前的元件放置方法相比，能夠較精確地探測要連接的接點的實際位置和在接點之間形成連接用數字成像技術，可以以±1μm或更佳的精度探測這些位置，而當前最佳的元件定位精度一般約為±30μm。本發明的其他優點包括能應用標準形式的元件而不需作特別的處理如「形成凹凸」、安裝到內插器上等，在成品生產中減少了步驟或工藝數，例如不需封裝脆弱的引線接合件、不需形成「凹凸部」；降低了引線接合的難度與高成本；不需採用特殊的粘合劑。在用數字方法進行澱積時，就能開發樣機，可經濟有效地生產單件產品與定製的產品，這是因為通過採用適當的軟體控制便可生產出種種改型。當採用非接觸法例如噴墨列印進行澱積時，就能在未必是平整的表面上例如在三維物體上實現連接。
本發明在其範圍內還包括用來將元件的接點電連接到電路的相關接點上的設備，此設備包括定位裝置，用來將元件相對於其所連接的電路定位於適當位置；澱積裝置，有來將材料澱積於此兩接點之間，而所述材料則能形成或經處理形成為接點之間的電連接件。
此設備最好還包括探測裝置以探測此元件的接點相對於電路上相關接點的位置。在此情形下，上述澱積裝置是用來將材料澱積到探測出的這些接點的位置之間的。
用來執行這些功能的適用裝置即如以上所述。
為此，此定位裝置最好包括計算機控制的機械裝置如拾取與放置機械手。一臺定位裝置可以同時或順次地放置多個元件。
上述探測裝置最好包括數字成像裝置如CCD攝像機。此探測裝置可包括數據處理裝置例如圖像處理裝置，處理成像裝置測量的數據同時確定一或多個接點的位置。
前述澱積裝置最好包括數字列印裝置如一或多臺噴墨印表機。
上述設備的各個部件也都最好為計算機控制裝置以進行同步作業。
本發明還涉及到由此產生的連接的元件與電路，亦即電路包括通過本發明的方法或採用本發明的設備連接的元件。
本發明的典型應用包括在生產RFID中(連接-RFID晶片在基板上的天線且可能形成這種天線)的智慧卡、信用卡、電子保密裝置和同行人周知的許多其他裝置。本發明在其範圍內包括這樣的電子產品，此電子產品包括一電路而此電路則具有由本發明的方法與設備所連接的元件。
現在以下面的例子同時參考附圖，進一步具體描述本發明，在附圖中
圖1是採用根據本發明的方法與設備連接基板上接點的元件的示意性橫剖視圖；圖2是圖1所示元件與基板的示意性平面視圖；圖3示意地表明了根據本發明的設備的實施形式。
附圖詳述參看附圖，圖1與2示明了載有形成部分電路的金屬線道12與14的塑料板材基板10的一部分。線道12與14終止於用於電元件16的接點，在此電元件的上表面上具有金屬接點18與20。具有與晶片16佔地區域對應佔地區域的金屬散熱器22則形成於此基板上，可以方便地採用PCT/GB2004/000358(WO 2004/068389)的現場金屬化方法來形成。
元件16在計算機裝置26(示意於圖3)控制下，用拾-放式機械手24(示意於圖3)，至少是以近似精確的位置置放於基板10之上的散熱器22的頂部上。此基板與晶片然後用CCD攝像機28(示意於圖3)成像，(直接或間接地)探測線道12與14終端處的接點以及元件上的接點18與20的實際位置。CCD攝像機28將位置信息傳送給計算機裝置26。然後用噴墨印表機30(示意於圖3)將粘合劑澱積到線道端部12與接點18之間以及線道端部14與接點20之間，形成粘合劑32與34各自的斜坡區，近似地結合這兩對擬連接的接點。該粘合劑在計算機裝置26控制下準確地輸送到CCD攝像機28確定的，探測出的接點位置之間。用噴墨印表機36(示意於圖3)且同樣在計算機裝置26控制下，使材料澱積並在線道端部12與接點18之間延伸，位於粘合劑斜坡32之上；同時使材料澱積並在線道端部14與接點20之間延伸，位於粘合劑斜坡34之上，所述材料準確地設置於由CCD攝像機28所確定的探測出的接點位置底部之上。所澱積的材料例如用WO 2004/068389的現場金屬化方法，形成為或經處理形成為各相應的電連接件40與42。這兩個電連接件可以依次或同時形成。元件16則是連接到由基板10承載的電路上。
本發明將用下面的例子進一步闡明。
例1(無粘合劑)印有電路的撓性Melinex(商標名)的聚酯片有著4個連接件，擬連接到EM Microelectronic供給的EM4100隻讀無接點的識別晶片上。此晶片的平面尺寸為1016×1041μm，厚440μm，晶片底側上排列著4個接點。其中兩個接點為76×76μm，另兩個接點為95×95μm。
採用Fuji(商標名)系列高速晶片「拾-放式」機械手將晶片放到基板上，讓接點可見地顯現晶片頂面上。這種機械手能以±66μm的精度放置52941元件/小時。
然後用National Instruments的「NI Vison System 1400」(商標名)機械視頻系統準確地探測晶片相對於印刷電路接點的位置。上述系統採用連接到與LabView(商標名)軟體相結合的NI PCI-1409圖像捕獲板上的RS-170攝像機，將晶片的位置準確地顯像到基片上，由此而改進了所列印的導電連接件圖像。
將此改進的圖像傳送給列印頭控制器Xennia(商標名)XPC-XJ500，此系統驅動XaarJet(商標名)500/360列印頭，此列印頭具有按180dpi間距排列的500個噴嘴，列印40pL微點，依70mm寬的行帶掃描整個基板，而列印的流體在PCB上的接點與晶片上的接點間形成75μm的寬和5mm長的連接件。
所列印的流體可以是含鈀離子的活化劑墨水，例如取表1規定的配方。表1中各成分的量以％w/w表示。
表1 UV固化活化劑墨水配方
Irgacure 1700、Irgacure 819與Actilane 505是商標名。PVPK30是K30級聚乙烯吡咯烷酮，購自International SpecialityProducts，分子量為60000-70000。Actilane 505是反應性官能化聚酯丙烯酸酯低聚物，由AKZO Nobel UV Resins(Manchester，UK)供給。DPHA(雙季戊四醇六丙烯酸酯)是六官能化單體，由UCB(Dragenbos，Belgium)供給。Irgacure 819與Irgacure 1700為UV光引發劑，由Ciba Speciality Chemicals，(Macclesfield，UK)供給。DPGDA為二丙烯酸二丙二醇酯，由UCB(Dragenbos，Belgium)供給。
列印完後，活化劑墨水用Fusion(商標名)裝有H燈泡的紫外500W燈固化成固體膜。然後用還原劑(二甲胺硼烷)將鈀離子還原為鈀金屬，產生出用於金屬鍍膜反應的催化劑。
然後以銅層形成溶液[包括Enplate 872A(30％w/w)、Enplate872B(30％w/w)、Enplate 872C(10％w/w)、異丁烷(5％w/w)、乙二醇(20％w/w)、與聚乙二醇1500(5％w/w)]。[Enplate(商標名)872A、872B與872C是銅鍍層溶液，由Enthone Ltd of Woking，UK.供應]。上述處理可以通過第二噴墨列印階段進行，類似於應用活化劑，或可以通過浸漬，由浴處理。這種溶液塗敷約2分鐘，形成約1μm厚的銅層，構成印刷電路的接點與晶片的接點間的導電連接件。
例2(增設粘合劑斜坡)重複例1的步驟，增加下面的處理。在置放好晶片且在顯像之前，用Fuji GL-541E高速的膠分配器按11滴/秒的速率散布環氧粘合劑的料滴到晶片各側的接點附近，形成粘合劑的小斜坡以用於將導電連接件列印到上面。
例3列印有電路的撓性Melinex(商標名)的聚酯片有著4個連接件，擬連接到Em Microelectronics供給的EM4100隻讀無接點的識別晶片上。此晶片的平面尺寸為1016×1041μm，厚440μm，晶片底側上排列著4個接點，其中兩個接點為76×76μm，另兩個接點為95×95μm。
在晶片所在位置，與接點鄰近，用Fuji(商標名)GL-541E高速的膠塗布器按11滴/秒的速率散布環氧粘合劑的料滴。塗布超量的粘合劑以使在設置晶片時於晶片兩側形成要在其上列印導電連接件的粘合劑彎月形斜坡。
用Fuji CP7系列高速晶片「拾放式」機械手將晶片放到基板上，讓接點可見地顯現於晶片頂面上。這種機械手能以±66μm的精度放置52941元件/小時。
然後用National Instrament ，「NI Vison 1400 System」機械視頻系統準確地探測晶片相對於印刷電路接點的位置。此系統採用連接到與LabView軟體相結合的NI PCI-1409圖像捕獲板上的RS-170攝像機，將晶片的位置準確地顯像到基板上，由此而改進了所列印的導電連接件圖像。
將此改進的圖像傳送給列印頭控制器Xennia XPC-XJ500，此系統驅動XaarJet 500/360列印頭，此列印頭具有按180dpi間距排列的500個噴嘴，列印40pL微點，依70mm寬的行帶掃描整個基板，而列印的流體在PCB上的接點與晶片上的接點間形成75μm寬和5mm長的連接件。
所列印的流體可以是含鈀離子的活化劑墨水，例如取表2中規定的配方。表2中各成分的量以％w/w表示。
表2 UV固化活化劑墨水配方
Irpacure 1700、Irgacure 819與Actilane 505是商標名。PVPK30是K30級聚乙烯吡咯烷酮，購自International SpecialityProducts，分子量為60000～70000。Actilane 505是反應性四官能化聚酯丙烯酸酯低聚物，由AKZO Nobel UV Resins，(Manchester，UK)供給。DPHA(雙季戊四醇六丙烯酸酯)是六官能化單體，由UCB(Dragenbo，Belgium)供給。Irgacure 819與Irgaure 1700為UV光引發劑，由Ciba Speciality Chemicals(Macclesfield，UK)供給。DPGDA為二丙烯酸二丙二醇酯，由UCB(Dragenbos，Belgium)供給。
列印完後，活化劑墨水用Fusion裝有H燈泡的紫外線500W燈固化成固體膜。然後浸於包括1.6％二甲胺硼烷(DMAB)的浴中，由還原劑處理，將鈀離子還原為鈀金屬，產生出用於金屬鍍膜反應的催化劑。
然後以銅層形成溶液[包括Enplate 872A(10.71％w/w)、Enplate872B(30％w/w)、Enplate 872C(3.57％w/w)、水(75％w/w)]處理催化劑。[Enplate(商標名)872A、872B與872C為銅鍍層溶液，由Enthone Ltd of Woking(UK)供給]。所述處理可以通過浸漬，由浴處理。上述溶液塗敷約2分鐘，形成約0.5μm厚的銅層，構成印刷電路的接點與晶片的接點間的導電連接件，此連接件的電阻率約為3～4Ω/mm。
權利要求
1.將元件的接點電連接到在電路中的或用於電路的相關接點上的方法，此方法包括將材料澱積到這兩個接點之間，此材料則形成為或經處理形成為這兩個接點間的電連接件。
2.權利要求1的方法，其中所述電路在基板上。
3.權利要求1或2的方法，其中包括將所述元件相對於其所連接的電路定位。
4.權利要求3的方法，其中所述元件是用機械方法相對於所述電路定位。
5.上述任一項權利要求中的方法，其中所述電連接件是取具有所需寬度與長度的線道形式。
6.上述任一項權利要求中的方法，其中包括應用探測裝置探測上述元件接點相對於該電路相關接點的位置，且將材料澱積於此探測出的接點的位置之間。
7.權利要求6的方法，其中所述元件接點相對於該電路相關接點的位置是由數字成像裝置確定。
8.上述任一項權利要求中的方法，其中所述材料是由列印處理澱積。
9.權利要求8的方法，其中所述列印處理是數字列印處理。
10.權利要求9的方法，當從屬於權利要求7時，其中所述澱積的材料的位置和/或圖案按照所述確定的接點位置調節。
11.上述任一項權利要求中的方法，其中所述導電連接件是通過現場金屬化反應形成，此金屬化反應包括澱積金屬離子溶液與澱積還原劑溶液，使此金屬離子與還原劑一起在溶液中反應形成導電金屬區。
12.權利要求1～10中任一項的方法，其中所述澱積的材料是選自金屬鈉米粒子、導電聚合物、導電墨水或糊狀物以及金屬前體。
13.上述任一項權利要求中的方法，其中包括將活化劑澱積到基板上以激活導電材料形成反應。
14.上述任一項權利要求中的方法，其中將元件置放於基板上使其從基板上突出且呈臺階輪廓，同時增多澱積於此臺階基板上的材料量，形成斜面或斜坡而減小此臺階尺寸。
15.上述任一項權利要求中的方法，其中還包括用粘合劑將元件固定到承載該電路的基板上。
16.權利要求15的方法，其中所述粘合劑形成從此基板表面引向該元件頂面的斜坡。
17.上述任一項權利要求中的方法，其中包括在澱積所述材料之前施加溼潤控制劑。
18.用於將元件的接點電連接至電路的相關接點上的設備，此設備包括用以將元件相對於其所連接的電路定位的定位裝置；用以將材料澱積於接點間的澱積裝置，而此材料能形成或經處理形成接點間的電連接件。
19.權利要求18的設備，其中所述定位裝置包括計算機控制的機械裝置。
20.權利要求18或19的設備，其中包括用以探測所述元件接點相對於該電路相關接點的位置的探測裝置。
21.權利要求20的設備，其中探測裝置包括數字成像裝置。
22.權利要求18～21中任一項所述的裝置，其中所述澱積裝置包括數字列印裝置。
23.電路，此電路包括通過權利要求1～17中任一項的方法或應用權利要求18～22中任一項的設備連接於其上的元件。
24.包括權利要求23所述電路的電子產品。
全文摘要
元件的接點被電連接到一般形成於基板上的電路的相關接點，是通過將材料澱積到此兩接點之間，而此材料則形成為或經處理以形成為兩接點間的電連接件。本發明還提供了實施此方法的設備以及所得到的電路。
文檔編號H05K3/32GK1902755SQ200480039450
公開日2007年1月24日 申請日期2004年10月29日 優先權日2003年10月29日
發明者J·E·福克斯, A·L·胡德, M·J·洛賓遜, P·G·本特利, M·G·詹森, I·威廉遜 申請人:傳導噴墨技術有限公司