JP2015522218A - 電子デバイスの真空補助アンダーフィル方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】真空補助によるアンダーフィルの付与方法。この方法は、基板（１２）に取り付けられた電子デバイス（１４）の少なくとも１つの外縁部（１８、２０、２２、２４）に近接して、基板（１２）上にアンダーフィル（３０）を分注するステップを含むことができる。アンダーフィル（３０）の少なくとも１つの間隙（２７）を通じて、電子デバイス（１４）と基板（１２）の間の空間（２８）を真空排気する。この方法は、アンダーフィル（３０）を加熱してアンダーフィル（３０）を空間（２８）に流入させるステップをさらに含む。流れの開始前に空間（２８）の開放部分に真空状態が与えられるので、アンダーフィル空隙の発生が抑えられる。【選択図】図７Ｂ

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１１年１月１１日に出願された米国特許出願第１３／００４，１９８号の一部係属出願であり、この特許出願の開示はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。

本発明は、一般に電子デバイスと基板の間にアンダーフィルを施すための方法に関する。

フリップチップ、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）又はパッケージオンパッケージアセンブリ（ＰｏＰ）などの電子デバイスは、実装中に基板上のパッドと位置合わせされた、或いは銅ピラー又はその他のタイプの熱圧着相互連結などの別のタイプの相互連結技術を用いて接合された半田バンプのパターンを含むことが一般的である。基板は、例えば、プリント基板、電子チップ又はウェハとすることができる。加熱によって半田をリフロー処理し、固化した後に、半田接合によって電子デバイスと基板を接続する。電子デバイスと基板の間には、リフロー処理された半田ボール間に空間が残り、この空間は、エポキシとすることができるアンダーフィルを用いて満たすことができる。アンダーフィルは、半田接合部を様々な有害な環境因子から保護し、衝撃による機械的応力を再分散し、熱サイクル中に半田接合部が歪みを受けて動くのを防ぐ。

アンダーフィル工程では、以下に限定されるわけではないが、電子デバイスと基板の間の間隙の表面トポグラフィが一様でないこと、アンダーフィルが半田接続部の周囲を流れる時の流体流速が速い状態、基板上の異なるぬれ性状態、アンダーフィル内の空気、又は分注工程によって生じる空気などの理由によって空隙が形成されることがある。この空隙はアンダーフィルで満たされていないので、空隙に隣接する支持されていない半田接合部は、動作中の熱膨張による歪み、又はアンダーフィル処理した電子デバイスを含む携帯電話などの組み立てた最終製品を落下させてしまうことによる機械的衝撃を受けた時に、コールドフローから十分に保護することができない。半田接合部における空隙は、半田バンプが静水圧縮及び歪み拘束状態に保たれるのを阻み、半田接合部の疲労を増加させ、これにより半田接合部が割れる可能性を高める。

従って、アンダーフィル内に空隙が形成される可能性を低下させる改善されたアンダーフィルの適用方法が必要とされている。

１つの実施形態では、電子デバイスを基板に接続するリフロー処理した半田ボール間の空間内にアンダーフィルを分散させる方法を提供する。この方法は、アンダーフィルに少なくとも１つの間隙を設けた状態で電子デバイスの少なくとも１つの外縁部の近くの基板上にアンダーフィルを施し、電子デバイスと基板の間の空間に空気流路を設け、その後、１又は複数の間隙を通じてこの空間を真空排気して空間内に真空状態を与えるステップを含む。空間を真空排気した後、アンダーフィルを室温よりも高く加熱して、１又は複数の外縁部、外部デバイスと基板の間の空間内、及びリフロー処理した半田ボールの周囲に向かうアンダーフィルの毛細管流動を引き起こす。アンダーフィルは、室温では固体であってピックアンドプレース機によって基板上に配置された後に高温で液体になる材料として、或いは、例えばバルブ又は分注器によって基板上に分注することができる液体材料として提供することができる。

本発明の別の実施形態は、導電性接合部によって電子デバイスが実装され、この電子デバイスが空間によって基板から分離された基板上にアンダーフィルを施す方法に関する。この空間は、導電性接合部によって占められていない開放部分を有する。この方法は、電子デバイスの少なくとも１つの外縁部に近い基板上にアンダーフィルを施すステップと、空間を真空排気して、アンダーフィルと電子デバイスの外縁部との間の空間の開放部分に真空状態を与えるステップとを含む。空間を真空状態に真空排気した後、アンダーフィルを室温よりも高く加熱して、少なくとも１つの外縁部及び空間の開放部分内に向かうアンダーフィルの流れを引き起こすことにより、アンダーフィル自体の下方に閉じ込められたあらゆる空気が、電気デバイスの外縁部及び電気デバイスと基板の間の間隙に到達する前に放出されるようにする。

本発明の他の実施形態は、アンダーフィルの下方に閉じ込められた空気が電子デバイスの下方に流入するのを妨げる方法に関する。１つのこのような方法では、真空を付与する前に、電子デバイスの縁部とアンダーフィルの間に障害物を配置する。真空状態を付与した後、アンダーフィルを室温よりも高い温度に加熱して、障害物を越えて少なくとも１つの外縁部から空間の開放部分に流入するアンダーフィルの流れを引き起こす。障害物を越えてアンダーフィルを強制的に流すことにより、アンダーフィルの下方に閉じ込められた空気が電子デバイスの下方に流入するのを妨げる支援となり、閉じ込められた空気を、電気デバイスの下方の間隙に到達する前に放出させることができる。

本発明のさらに別の実施形態は、基板の表面をプラズマに曝して、電子デバイスの少なくとも１つの外縁部に近い基板上にアンダーフィルを施す前に基板のぬれ性を変化させる方法に関する。このプラズマ処理は、アンダーフィルの下方に空気が閉じ込められる機会を低減させる。この方法は、空間を真空排気して空間の開放部分に真空状態を与えるステップをさらに含む。空間を真空状態に真空排気した後、アンダーフィルを加熱して、少なくとも１つの外縁部及び空間の開放部分内に向かうアンダーフィルの流れを引き起こす。基板のプラズマ処理によってアンダーフィルの下方に閉じ込められる空気が減少するので、アンダーフィル作業中に電子デバイスの下方に閉じ込められる空気の量も減少することができる。

プラズマ処理方法と同様に、基板上にガラス状の膜を堆積させて、より完全に滑らかで平らな表面を提供することもできる。この平らな表面は、ガラス状の膜の上にアンダーフィルが配置される時に空気が閉じ込められる可能性のある窪み又は欠陥が少ない。アンダーフィルの下方に閉じ込められる空気が減少すると、アンダーフィル作業中に電子デバイスの下方に閉じ込められる空気の量も減少することができる。

本明細書に組み入れられてその一部を構成する添付図面に本発明の例示的な実施形態を示しており、これらの図面は、上述した本発明の実施形態の概要及び後述する詳細な説明と共に、本発明の実施形態の原理を説明する役割を果たす。

半田ボールのアレイによって基板に実装された電子デバイスの側縁部に沿ってアンダーフィルを施した側面図である。 デバイスと基板の間の半田ボールによって占められていない空間内にアンダーフィルが移動した、図１と同様の側面図である。 本発明の実施形態による、真空アンダーフィル処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による、基板上に実装された電子デバイスの下方における真空アンダーフィル処理の順序を示す概略上面図である。 本発明の実施形態による、基板上に実装された電子デバイスの下方における真空アンダーフィル処理の順序を示す概略上面図である。 本発明の実施形態による、基板上に実装された電子デバイスの下方における真空アンダーフィル処理の順序を示す概略上面図である。 本発明の別の実施形態による、図３Ａと同様の概略上面図である。 本発明の別の実施形態による、図３Ｂと同様の概略上面図である。 本発明の別の実施形態による、図３Ｃと同様の概略上面図である。 本発明のさらに別の実施形態による、図３Ａと同様の概略上面図である。 本発明のさらに別の実施形態による、図３Ｂと同様の概略上面図である。 本発明のさらに別の実施形態による、図３Ｃと同様の概略上面図である。 基板上にＬ字パターンでアンダーフィルを施した、図５Ａと同様の概略上面図である。 基板上にＵ字パターンでアンダーフィルを施した、図５Ａと同様の概略上面図である。 基板上にＩ字パターンでアンダーフィルを施した、図５Ａと同様の概略上面図である。 基板上に間隙を伴わずにアンダーフィルを施した、図５Ａと同様の概略上面図である。 電子デバイスの少なくとも１つの側縁部とアンダーフィルの間にダムを配置した、図５Ａと同様の概略上面図である。 電子デバイスの少なくとも１つの側縁部とアンダーフィルの間に配置されたダムの側面図である。 ある時系列におけるダムを越えて流れるアンダーフィルの側面図である。 異なる時系列におけるダムを越えて流れるアンダーフィルの側面図である。 電子デバイスの少なくとも１つの側縁部とアンダーフィルの間にチャネルを配置した、図５Ａと同様の概略上面図である。 電子デバイスの側縁部とアンダーフィルの間に配置されたチャネルの側面図である。 ある時系列におけるチャネルを越えて流れるアンダーフィルの側面図である。 異なる時系列におけるチャネルを越えて流れるアンダーフィルの側面図である。 本発明の実施形態によるプラズマ処理基板の断面図である。 本発明の別の実施形態によるプラズマ処理基板の断面図である。 本発明の実施形態による真空アンダーフィルシステムの概略図である。

一般に、本発明の実施形態は、半田ボールのアレイによって基板上に実装された電子デバイスにアンダーフィル処理を行うための真空補助工程に関する。アンダーフィルは、リフロー処理した半田ボールのアレイによって非加熱基板に実装される非加熱デバイスの縁部周囲に、１又はそれ以上の線状に分注又は別様に（例えば、液体又は固体の形で）提供される。この１又はそれ以上の線状のアンダーフィルには、少なくとも１つの間隙が残されることが好ましく、電子デバイスと基板の間の空間が非常に狭い場合には、アンダーフィルと電気デバイスの外縁部との間に空間が存在することが好ましい。有意な毛細管アンダーフィル動作（及び空気又は気体の閉じ込め）が行われる前に、基板を真空チャンバ内に運び込み、真空を付与して空間を真空排気する。真空の付与中には、１又はそれ以上の線状のアンダーフィルの１又は複数の間隙によってデバイスの下方から（単複の）間隙を通じて空気が流出し、電子デバイスの下方の電子デバイスと基板の間に真空状態（すなわち、大気圧よりも低い圧力）が構築される。それほど好ましくない別の工程では、アンダーフィルに間隙を設けず、デバイスが真空下に置かれた時に、デバイスの下方に閉じ込められた空気がアンダーフィルを通じてあふれ出すことに依拠する。いずれの工程においても、真空状態が維持されている間に電子デバイス及び基板を加熱して、電子デバイスの下方のリフロー処理された半田ボール間の空間内にアンダーフィルが完全に流れ込むようにする。真空状態の存在下でアンダーフィル処理を行うということは、アンダーフィル内に閉じ込められたあらゆる空隙から、付与した真空のレベルに見合う気体が部分的に真空排気されることを意味する。付与する真空圧は、アンダーフィルの蒸気圧を下回ってはならず、さもなければアンダーフィルが沸騰して工程が不安定になる。その後、真空チャンバに通気を行う。この時点で、アンダーフィル内に存在するあらゆる空隙が真空排気状態によって崩壊し、アンダーフィルで満たされるようになる。その後、アンダーフィル処理した電子デバイス及び基板を真空チャンバから取り出す。

本発明の実施形態は、半田バンプに加え、銅ピラー及びその他の熱圧着相互連結技術などの、電子デバイスと基板の間に導電性接合部を形成するための他の相互連結技術にも応用される。

図１を参照すると、アセンブリ１０が、プリント基板などの基板１２と、基板１２の表面１６に実装された電子デバイス１４とを含む。代表的な実施形態では、電子デバイス１４を、例えば、フリップチップ、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）又はパッケージオンパッケージアセンブリ（ＰｏＰ）とすることができる。同様に、基板１２は、例えば、プリント基板（ＰＣＢ）、電子チップ又はウェハ、又は電子デバイスの半導体実装において使用されるいずれかの基板又はインターポーザとすることができる。

図１、図１Ａ及び図３Ａを参照して分かるように、電子デバイス１４は、基板１２が電子デバイス１４の側縁部又は外縁部１８、２０、２２、２４の各々に隣接して露出するような占有面積を基板１２上に有する。半田接合部２６は、電子デバイス１４を基板１２に機械的及び電気的に接続する。電子デバイス１４と基板１２の間には空間２８が定められ、空間２８の一部は開放されて（すなわち、空いており）、代表的な半田ボールの形をとることができる半田接合部２６によって満たされていない。外縁部１８、２０、２２、２４の各々では、電子デバイス１４と基板１２の間に間隙２７が定められる。間隙２７は、空間２８と連通する。（２００ミクロン未満などの）狭い間隙２４の場合、アンダーフィル３０と対応するデバイス縁部１８、２０、２２及び２４との間に、基板１２の表面上の空間４３が存在することが好ましい。

図１Ａに示すように、電子デバイス１４と基板１２の間の空間２８を満たすためにアンダーフィル３０を使用する。１つの例では、アンダーフィル３０が、基板１２に付与された時に流体であって毛管現象によって流れる、硬化性の非導電性二酸化シリコン粒子で満たされたエポキシである。室温で固体のもの、又は凍結したものを含む、他のタイプのアンダーフィルを使用することもできる。通常、アンダーフィルは、例えば硬化したアンダーフィルに所望の特性を与えるガラスの小粒子で満たされる。アンダーフィルは、硬化して固まると、強く結合した粘性質量体を形成する。

図２を参照しながら、本発明の実施形態による真空アンダーフィル処理の手順を説明する。図２の実施形態では、基板上に液体アンダーフィルが分注される。アンダーフィル３０は、液体形態で分注する代わりに、例えば上述したようなピックアンドプレース機によって固体形態で適所に付与することもできる。ブロック５２において、液体アンダーフィル３０を基板１２上に分注する。アンダーフィル３０は、電子デバイス１４の１又はそれ以上の外縁部１８、２０、２２、２４に近接して１又はそれ以上の連続線（図３Ａ）として付与することができる。アンダーフィル３０は、完全な真空が付与されるまで表面４３がアンダーフィル３０によって覆われないように、縁部１８、２０、２２、又は２４に接触しないことが好ましい。通常、アンダーフィル３０の分注量は、電子デバイス１４の下方の空間２８の体積と、アンダーフィル作業の完了後にデバイス１４の周囲に沿って形成されるフィレット部３１（図１Ａ）とを加えたものに等しい。アンダーフィル３０を付与する時には基板１２を加熱せず、間隙４２を通じた空間２８の開放部分への空気流路が維持されるように、アンダーフィル３０に間隙４２（図３Ａ）が存在することが好ましい。上述したように、それほど好ましくない方法では、間隙４２又は空間４３を残さずに、電子デバイス１４の下方に閉じ込められた空気がアンダーフィル３０を通じてあふれ出すことに依拠する。

アンダーフィル３０は、複数の異なるタイプの分注器を用いて、複数の異なる方法で基板１２に付与することができる。例えば、本発明を以下に限定するわけではないが、基板１２の表面１６上を進む移動式噴射分注器から表面１６上に一連のアンダーフィル３０の液滴を分注することもできる。

ブロック５４において、アンダーフィル３０が基板１２上に分注されると、これを冷却する。１つの実施形態では、例えば１又はそれ以上の熱電冷却器によって室温を下回る温度まで基板１２を冷却し、アンダーフィル３０は、付与された直後にほぼ基板１２の温度に冷却される。基板１２を冷却する代わりに、又はこれに加えて、アンダーフィル３０を基板１２上に分注する前に分注器内で冷却することもできる。１つの実施形態では、アンダーフィル３０が、０℃〜１０℃の温度に冷却される。冷却によってアンダーフィル３０の粘性が高まり、真空の付与前に電子デバイス１４と基板１２の間の空間２８の開放部分内に毛細管流動することがさらに阻止又は抑制される。

ブロック５６において、アンダーフィル３０の間隙４２又は空間４３を通じて、空間２８の非充填部分を準大気圧まで真空排気し、空間２８内に真空状態（すなわち、大気圧よりも低い圧力）を構築する。或いは、間隙が与えられていない場合、又は空間４３が維持されていない場合には、アンダーフィル３０を通じて気体があふれ出る。１つの実施形態では、真空を生じるために、電子デバイス１４とアンダーフィル３０を伴う基板１２を真空チャンバ内に移動させ、チャンバの内部に密閉し、この真空チャンバを準大気圧に真空排気する。１つの実施形態では、真空に適した準大気圧が、２５Ｈｇインチ（約９５Ｔｏｒｒ）〜２６Ｈｇインチ（約１００Ｔｏｒｒ）以上である。いずれにせよ、この準大気圧は、アンダーフィルの物理的特性を大幅に又は阻害的に修正しないように制限される。

基板１２を真空チャンバの内外に移動させるには、あらゆる好適な技術を使用することができ、当業者には従来の真空システムがよく知られている。基板１２は、毛細管アンダーフィル動作（及び空気又は気体の閉じ込め）が行われる前に、又はアンダーフィル３０が表面１８、２０、２２、２４のいずれかに接触できるようになる前に真空チャンバ内に移して、表面４３がアンダーフィル３０で覆われていない状態を維持することが好ましい。

ブロック５８において、真空チャンバを真空排気した後、真空状態が維持されている間に、例えば３０℃〜１２０℃の温度などの室温を超える温度までアンダーフィル３０を加熱する。アンダーフィル３０は、基板１２、電子デバイス１４、又はこれらの両方を、流れを向けるのに望ましいいずれかの順序で加熱することによって加熱することができる。アンダーフィル３０は、この加熱に応答して、毛管現象により、外縁部１８、２０、２２、２４の各々から狭い間隙２７を通じて空間２８内のリフロー処理された半田ボールの周囲に流れる。空間２８の開放部分を真空排気することにより、アンダーフィル３０は空間２８を横切って流れることができ、アンダーフィル３０内に閉じ込められたあらゆる空隙の気体が真空レベルまで真空排気されるようになる。

ブロック６０において、完全な毛細管流動が生じるのに十分な時間を与えた後、真空状態を排除して大気圧を回復させる。例えば、真空チャンバに通気を行って大気圧状態を与えることができる。アンダーフィル３０内に存在するあらゆる空隙は、大気圧の影響を受けて真空排気状態によって崩壊し、アンダーフィル３０で満たされるようになる（図３Ｃ）。その後、基板１２を真空チャンバから硬化装置に移してアンダーフィルを硬化させる。

図４Ａ〜図４Ｃを参照して分かるように、別の実施形態では、アンダーフィル３０を、電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４に近接して、複数の間隙６１を伴う一連の非接続領域（図４Ａ）として付与することができる。図４Ｂにおいて、空間２８及び４３の開放部分を真空状態まで真空排気した後にアンダーフィル３０を加熱したことによって間隙６１が消失する。図４Ｃにおいて、アンダーフィル３０がデバイス４の下方に流入する。

図５Ａ〜図５Ｅを参照して分かるように、別の実施形態では、アンダーフィル３０を、電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４のうちの１つ又はそれ以上に近接して、１又はそれ以上のパスの形で付与することができる。この場合、図５Ａには、デバイスの４つの縁部の各々に沿って付与された線状のアンダーフィルを示しており、外縁部１８、２０、２２、２４の各対間の各角部には間隙６２及び空間４３が存在する。図５Ｂにおいて、間隙６２を通じて空間２８を真空状態まで真空排気した後にアンダーフィル３０を加熱する。図５Ｃにおいて、加熱状態のアンダーフィルがデバイス１４の下方に流入する。

図５Ｄに示す別の実施形態では、アンダーフィル３０を、電子デバイス１４の外縁部１８及び２４に沿ってＬ字パスを用いた線として、好ましくは空間４３を設けて提供することができる。この場合、外縁部２０及び２２沿いには間隙が存在する。図５Ｅに示す別の実施形態では、アンダーフィル３０を、電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２には沿っているが、電子デバイス１４の外縁部２４には沿っていないＵ字パスを用いた線として、好ましくは空間４３を設けて提供することができる。図５Ｆに示す別の実施形態では、アンダーフィル３０を、電子デバイス１４の外縁部２０には沿っているが、外縁部１８、２２及び２４には沿っていないＩ字パスを用いた線として、好ましくは空間４３を設けて提供することができる。図５Ｇに示す恐らくは最も好ましくない別の実施形態として、アンダーフィル３０を、４つの縁部１８、２０、２２及び２４全てに沿った線として、角部に間隙を定めない重なり合った形で付与することもできる。この場合、真空を付与した時に、電子デバイス１４の下方に閉じ込められた空気又は気体がアンダーフィル３０を通じてあふれ出る。

線状のアンダーフィルは、カリフォルニア州カールスバッドのＮｏｒｄｓｏｎ ＡＳＹＭＴＥＫ社から販売されているＤＪ９０００などの非接触式噴射バルブから好ましい方法で付与することに加え、エポキシの固体予備成形品として付与することもできる。この固体予備成形品は、基板１２上に配置して熱を与えると融解する。この固体予備成形品は、ピックアンドプレース機又は機構によって適所に配置することができる。

基板上にアンダーフィルを施す際には、アンダーフィル３０の下方に気体又は空気６６が閉じ込められることがある。電子デバイス１４の縁部に沿ってアンダーフィル３０を付与又は構築する時にアンダーフィル３０の下方に閉じ込められた空気は、真空を付与し、アンダーフィル３０を加熱して毛細管流動を引き起こした後に、電子デバイス１４の下部で漏出することがある。この漏出した空気は、電子デバイス１４の下方にエアポケットとして閉じ込められることがあり、これによりアンダーフィル３０内に空隙が形成されることがある。完全な真空が付与されるまで空間４３を確実に維持することにより、この閉じ込められた空気が電子デバイス１４の下方で漏出することが緩和される。

本発明の別の実施形態によれば、基板１２が、電子デバイス１４の少なくとも１つの外縁部１８、２０、２２、２４に近接して表面１６上に位置する障害物を含むことができる。代表的な実施形態では、この障害物を線形体として形成することができる。この障害物は、分注されたアンダーフィル３０の位置と、電子デバイス１４の隣接する外縁部１８、２０、２２、２４との間に位置する。

この障害物は、図２に示す真空アンダーフィル処理手順中に、アンダーフィル３０が電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４に向かって流れ、空間２８の開放部分に流入する前に乗り越えなければならない障害として機能し、これにより空間４３が維持される。液体アンダーフィル３０（又はその大部分）は障害物を越えて流れることができ、この障害物は、アンダーフィルの液体の流れ及び流量に無視できるほどの又はささいな影響しか与えない。しかしながら、一般に空気又は気体ポケットは障害物を乗り越えることができず、又はアンダーフィル３０が間隙２７に到達する前に空間４３を越えて流れた時に放出される。従って、この障害物は、アンダーフィルから空気又は気体ポケットを除去する。従って、この実施形態は、真空補助アンダーフィル処理中に電子デバイス１４の下方に閉じ込められる気体を低減又は排除する役に立つ。

分注されたアンダーフィル３０と電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４との間の距離が増すにつれ、アンダーフィル３０の下方に閉じ込められた気体６６が間隙２７に到達する能力は低下する。空気６６がアンダーフィル３０の下方に閉じ込められ、アンダーフィル３０が電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４に隣接して（すなわち、電子デバイス１４と接触して）存在する場合、真空を付与してアンダーフィルを加熱した時に、アンダーフィル３０の下方に閉じ込められた空気６６が電子デバイス１４の下方で漏出することがある。電子デバイス１４の下方で漏出した空気は、電子デバイス１４の下方に閉じ込められることがある。従って、アンダーフィル３０は、電子デバイス１４の下方での漏出を避けるように、電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４から十分に離して基板１２上に配置すべきである。アンダーフィル３０を電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４から離して配置した場合、アンダーフィル３０の加熱時にアンダーフィル３０が外縁部１８、２０、２２、２４に向かって流れ、電子デバイス１４の下方に流入する支援となるにように、基板１２を傾けることができる。この全体的な目的は、アンダーフィル３０の下方に閉じ込められた空気６６が電子デバイス１４の下方で漏出し、アンダーフィル３０がこの空気の周囲を流れて電子デバイス１４の下方で気泡を形成するのを防ぐことである。本実施形態のように障害物を使用すると、障害物の配置に必要な距離だけ電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４から間隔を空けてアンダーフィル３０を配置した場合と同じ結果が効果的に得られる。

図１〜図５Ｇの同じ特徴を同じ参照番号で示す図６Ａ〜図７Ｂを参照して分かるように、別の実施形態によれば、この障害物は、基板１２の表面１６上に形成されたダム６８とすることができる。ダム６８は、基板１２の表面１６の上方に隆起した上壁７２と、表面１６から上壁７２まで上昇する側壁７０とを有することができる。上述したように、表面１６は、分注されたアンダーフィル３０を受け取る。従って、ダム６８は、分注されたアンダーフィル３０を受け取って電子デバイス１４が実装される同じ表面１６上の、アンダーフィル３０と外縁部１８、２０、２２、２４との間に位置する。ダム６８の高さは、アセンブリ１０を所与の温度に加熱した時にアンダーフィル３０がダム６８を越えて流れることができるように十分に低いものである。ダム６８の高さは、加熱後のアンダーフィルの流れを妨げないように十分に低いものである。アンダーフィル３０はダム６８を越えて流れることができるが、空気６６は壁７０を乗り越えることができず、或いは空間３２を越えて外縁部１８、２０、２２、２４に向かって流れる時にアンダーフィルを通じて空気が放出され、従って空気は電子デバイス１４の下方に流入しない。

ダム６８は、通常はＰＣボード上で目に見えるマーキング又は文字に使用されるようなシルク印刷用インクで形成することができる。或いは、通常はせき止め及び充填作業に使用されるようなせき止め材料を使用することもできる。より一般的には、このせき止め材料を、いずれかのチクソ性材料、すなわち基板１２の表面１６上に堆積させると流れなくなるいずれかの材料とすることができる。

代表的な実施形態では、ダム６８の側壁７０及び上壁７２が２つの直角を形成するが、側壁７０及び／又は上壁７２は、傾斜していても、曲線輪郭であっても、及び／又は湾曲していてもよい。或いは、２つの側壁７０は、ダム６８の上部が基板１２の表面１６に平行な壁ではなく先端部又は頂点を形成するように斜めに収束することもできる。さらに、ダム６８の幅は、側壁７０又は上壁７２の寸法を含めて様々とすることができる。

図６Ａ〜図７Ｂの同じ特徴を同じ参照番号で示す図８Ａ〜図９Ｂを参照して分かるように、別の実施形態によれば、この障害物を、基板１２内に形成されて基板１２の表面１６の下方に奥まったチャネル７４とすることもできる。チャネル７４は、例えばルータによって形成することができる。上述したように、表面１６は、分注されたアンダーフィル３０を受け取る。従って、チャネル７４は、分注されたアンダーフィル３０を受け取って電子デバイス１４が実装される同じ表面１６上に位置する。チャネル７４は、表面１６の高さよりも一定距離だけ下方に配置された底部７８と、表面１６から底部７８まで下降する側壁７６とを有することができる。チャネル７４は、アンダーフィル３０が加熱前に外縁部１８、２０、２２、２４に流れるのを妨害又は阻止することができる。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、真空を付与してアンダーフィル３０を加熱した後、アンダーフィル３０は、電子デバイス１４の少なくとも１つの外縁部１８、２０、２２、２４に向かって流れ、空間２８の開放部分に流入する前に、チャネル７４内に及び／又はチャネル７４を越えて流れる。しかしながら、アンダーフィル３０の下方に閉じ込められた空気６６はチャネル６４内に閉じ込められ、この空気６６は、一旦チャネル６４に流入すると側壁７６を乗り越えることができない。残りの空気は、いずれもアンダーフィル３０が間隙２７に到達する前にアンダーフィル３０を通じて放出される。このように、チャネル７４は、空気６６が電子デバイス１４の下方に流入するのを防ぐ役に立つ。チャネル７４の深さは、実質的に全ての液体アンダーフィル３０がチャネル７４を通過して又は越えて流れることができるように十分に浅くすべきである。しかしながら、チャネル７４の深さ、従って側壁７６の高さは様々であってよい。

代表的な実施形態では、チャネル７４の側壁７６及び底部７８が２つの直角を形成するが、側壁７６及び／又は底部７８は、傾斜していても、曲線輪郭であっても、及び／又は湾曲していてもよい。或いは、２つの側壁７６は、チャネル７４から平面的な底部が無くなるように斜めに収束することもできる。さらに、チャネル７４の幅は、側壁７６又は底部７８の寸法を含めて様々とすることができる。

別の実施形態では、障害物が、ダム６８の特徴とチャネル７４の特徴を組み合わせたものを含むことができる。例えば、基板１２上のダム６８の直後にチャネル７４を設けて、アンダーフィル３０が電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４に向かって流れる前にダム６８を越え、チャネル７４を通過して流れるようにすることができる。

代表的な実施形態では、単一の障害物が電子デバイス１４の周囲全体を取り巻いて延びるように示している。しかしながら、別の実施形態では、１又はそれ以上の障害物が１又はそれ以上の外縁部１８、２０、２２、２４のあらゆる組み合わせに沿って延びることができる。さらに、これらの障害物は、１又はそれ以上の外縁部１８、２０、２２、２４の長さより長くても又は短くてもよい。１又はそれ以上の障害物の位置は、電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４に到達するために全てのアンダーフィル３０が障害物を越えて流れなければならないように、分注されたアンダーフィル３０の位置に対応することが好ましい。

図１０及び図１１を参照して分かるように、別の実施形態によれば、元々の組成及びぬれ性を有する基板１２の表面１６を、最初に分注されるアンダーフィル３０の下方における空気の閉じ込めを軽減するように修正することができる。この実施形態では、基板１２を、アンダーフィル３０が分注される表面のぬれ性を変化させるようにプラズマ処理することができる。プラズマ処理工程は、当業者に周知の方法によって行うことができる。

特に図１０を参照して分かるように、基板１２の表面層９４を活性化させるように基板１２をプラズマ処理することもできる。このような活性化により、基板１２の表面層９４の化学組成、従って物理的特性を、そのぬれ性が変化するように変化させることができる。基板１２の表面層９４は、厚みｔ１を有する。このプラズマ活性化は、基板１２に層を加えるものではなく、むしろ既存の基板１２の厚みｔ１の層９４を修正するものである。

ある実施形態では、プラズマ処理によって基板１２の層９４のぬれ性を低下させる。基板１２の表面層９４のぬれ性を下げることにより、閉じ込められる空気を少なくし、アンダーフィル３０を基板１２上に配置する時にアンダーフィル３０の下方に閉じ込められた空気が、真空を付与した時にアンダーフィル３０の下方から脱出しやすくすることができる。ぬれ性が低下した表面層９４は、空気が脱出できる表面欠陥を、基板１４の元々の表面１６よりも多く有することができる。このように、アンダーフィル３０の下方に閉じ込められる空気６６を減少させることにより、真空補助アンダーフィル作業中の電子デバイス１４の下方に閉じ込められる空気を減少させることができる。

別の実施形態では、プラズマ処理によって基板１２の層９４のぬれ性を高める。高いぬれ性を有するプラズマ処理した表面上では、アンダーフィル３０を付与すると空気が移動しやすくなるので、この表面上に堆積したアンダーフィル３０の下方に閉じ込められる空気は、プラズマ処理していない表面上よりも少なくなる。アンダーフィル３０の下方に最初に閉じ込められる空気を減少させることにより、真空補助アンダーフィル作業中に電子デバイス１４の下方に閉じ込められる空気も減少させることができる。

特に図１１を参照して分かるように、プラズマ堆積を用いて、基板１２の表面１６上に非常に薄いガラス状の層９０又は膜を堆積させることができる。層９０は厚みｔ２を有し、従ってプラズマ処理基板の高さは、（元々の基板１２の高さに比べて）高さｔ２だけ増加する。プラズマ処理した表面は、空気が閉じ込められる可能性のある凹部などの表面欠陥が少なくなるように滑らかで平坦にすることができる。従って、プラズマ堆積層９０上における導電性真空補助アンダーフィル処理は、アンダーフィル３０の下方に空気又は気体が閉じ込められるのを防ぐ役に立つ。アンダーフィル３０の下方に最初に閉じ込められる空気を減少させることにより、真空補助アンダーフィル作業中に電子デバイス１４の下方に閉じ込められる空気も減少させることができる。ある実施形態では、基板１２上にガラス状の層９０を堆積させた後にぬれ性をさらに高めるように活性化を行う複合プラズマ処理方法を使用することができる。

ある実施形態では、上述した方法の組み合わせを使用して、電子デバイス１４の下方に気泡が閉じ込められるのを防ぐ支援とすることができる。例えば、基板１２の上面１６を、上面１６のぬれ性を高め、及び／又は基板１２上にガラス状の層９０を堆積させるようにプラズマ処理することができる。このようなプラズマ処理は、基板１２上にアンダーフィル３０を施した時に、アンダーフィル３０の下方に空気が閉じ込められるのを防ぐ役に立つ。また、プラズマ処理した基板１２上にダム６８又はチャネル７４などの障害物を設けて、真空補助アンダーフィル作業中に、アンダーフィル３０の下方に閉じ込められている可能性があるあらゆる空気６６が電子デバイス１４の下方に流入するのを妨げ、或いはアンダーフィル３０を真空で加熱する前にアンダーフィル３０が空間４３を越えて流れるのを防ぐようにすることもできる。

図１２を参照すると、真空アンダーフィル処理で使用するシステム１１０が、基板１２上に一定量のアンダーフィル３０を分注するように構成され、この基板１２上には、リフロー処理した半田ボール又は別の相互連結技術によって電子デバイス１４が実装され、空間２８によって基板１２から分離されている。空間２８は、この例ではリフロー処理した半田ボールの形をとる導電性接合部２６によって占められていない開放部分を有する。

モーションコントローラ１１８及び分注器コントローラ１１６に電気的に結合されたコントローラ１２０が、システム１１０の全体的な制御を調整する。当業者であれば理解するであろうが、コントローラ１１６、１１８、１２０の各々は、メモリに記憶されたソフトウェアを実行して本明細書で説明した機能を実施できる中央処理装置を有するプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、又は別のマイクロプロセッサベースのコントローラを含むことができる。

システム１００は、分注器１３２に結合された冷却装置１３３及び冷却装置１３５を含むことが好ましい。冷却装置１３３は、アンダーフィル３０が基板１２上に分注された時に冷却されるように、基板１２を冷却するよう構成される。冷却装置１３５は、アンダーフィル３０が基板１２上に分注される前に冷却されるように、アンダーフィル３０を冷却するよう構成される。冷却装置１３３、１３５は好適かつ任意的なものであり、これらはそれぞれ、コントローラ１２０の制御下にある温度コントローラ１３９により、基板１２の温度を室温未満に低下させ、及び／又は分注器１３２の一部の温度を室温未満の温度に低下させるように動作することができる。

システム１１０は、一定量のアンダーフィルを分注するために使用される、噴射分注器とすることができる分注器１３２を含む。システム１１０は、分注器１３２の下流に真空チャンバ１５４をさらに含み、この真空チャンバ１５４は、各アセンブリ１０の挿入及び取り外しを行うためのアクセスを可能にするように構成されるとともに、真空チャンバ１５４の内部空間が周囲の大気圧環境から隔離される密閉状態を提供するように構成される。真空チャンバの内部空間には、コントローラ１２０による動作時に内部空間を真空排気するように構成された真空ポンプ１６０が結合される。内部空間に気体を流入させてチャンバ圧を上昇させるには、コントローラ１２０の制御下で通気孔１７４を使用する。コントローラ１２０は、アンダーフィル３０を伴う基板１２を真空チャンバ１５４内に移動させるために使用される移動装置１２２を動作させるための動作命令をモーションコントローラ１１８に与える。

真空チャンバ１５４の内部には、コントローラ１２０に関連する温度コントローラ１６９によって駆動されるように構成されたヒータ１６６が配置される。ヒータ１６６からは、各基板１２に熱が伝達される。１つの実施形態では、基板１２及び基板上のアンダーフィルの温度が３０℃〜１２０℃である。

使用時には、基板１２が分注器１３２の下方の位置に移動してアンダーフィルが分注され、又は別様に付与される。代表的な実施形態では、コントローラ１２０が、移動装置１２２が分注器３２を動かすようにする命令をモーションコントローラ１１８に送信し、分注器３２が電子デバイス１４の外縁部１８、２０、２２、２４の周囲に１又はそれ以上の線状にアンダーフィルを分注するようにする命令を分注器コントローラ１１６に送信する。この分注作業中には、基板１２は加熱されない。１又はそれ以上の線状のアンダーフィル３２には、少なくとも１つの間隙が残されることが好ましく、またアンダーフィル３０は、外縁部１８、２０、２２、２４に接触していないことが好ましい。噴射分注器１３２では、分注器コントローラ１６が移動中の適当な時点で液滴の噴射を引き起こし、これらの液滴が基板１２上の所望の位置にぶつかるようにする。各分注される液滴は、通常は分注器コントローラ１６によって高精度に制御される少量のアンダーフィルを含む。

１つの実施形態では、冷却装置１３３を使用して基板１２を冷却し、アンダーフィル３０が基板１２と接触した時に室温未満の温度に冷却されるようにすることができる。或いは、分注器１３２に結合された冷却装置１３５を使用して、アンダーフィル３０を分注前に冷却することもできる。

コントローラ１２０は、分注作業の完了後であって有意な毛細管アンダーフィル動作（及び空気又は気体の閉じ込め）が行われる前に、移動装置１２２が基板１２上のアセンブリ１０及び分注されたアンダーフィル３０を真空チャンバ５４内に運び込むようにする命令をモーションコントローラ１１８に送信する。基板１２上のアセンブリ１０及び分注されたアンダーフィル３０が真空チャンバ５４の内部で周囲環境から隔離されると、コントローラ１２０は、真空ポンプ１６０に真空チャンバ１５４内の内部空間を真空排気させる。真空の付与中には、各間隙によって電子デバイス１４の下方の電子デバイス１４と基板１２の間に真空状態（すなわち、周囲圧よりも低い圧力）が確立され、或いは間隙が存在しない場合には、アンダーフィルを通じた気泡によって電子デバイス１４の下方に真空状態が生み出される。

真空チャンバ１５４の内部に好適な真空圧が存在し、真空状態が維持されている場合、コントローラ１２０は、温度コントローラ１６９に、基板１２、電子デバイス１４及びアンダーフィル３０を加熱するようにヒータ１６６を動作させる。温度が上昇すると、アンダーフィル３０は、基板の空間４３を越えて流れ、電子デバイス１４の下方空間の開放部分に流入するように促される。アンダーフィル３０は、電子デバイス１４の下方に完全に流入し、リフロー処理された半田ボール間の空間に入り込む。真空状態の存在下でアンダーフィル処理を行うということは、アンダーフィル内に閉じ込められたあらゆる空隙の気体が部分的に真空排気されることを意味する。流れの終了後、コントローラ１２０は、通気孔１７４を通じて真空チャンバ１５４内に気体を取り込んで真空チャンバ１５４の内部圧が大気圧に戻るようにする命令をモーションコントローラ１１８に送信する。アンダーフィル３０内に存在するあらゆる空隙は真空排気状態によって崩壊し、アンダーフィル３０で満たされるようになる。基板１２及びアンダーフィル処理した電子デバイス１４は、真空チャンバ１５４から、例えば硬化装置（図示せず）に移される。

本発明の１又はそれ以上の実施形態を説明することによって本発明を示し、これらの実施形態をかなり詳細に説明したが、これらの実施形態は、決して添付の特許請求の範囲をこのような詳細に制限又は限定するものではない。当業者には、さらなる利点及び修正が容易に浮かぶであろう。従って、本発明のより広い態様は、図示し説明した特定の詳細、代表的な装置及び方法、並びに説明例に限定されるものではない。従って、出願人の一般的発明概念の範囲又は思想から逸脱することなく、このような詳細からの発展を図ることができる。

１０ アセンブリ
１２ 基板
１４ 電子デバイス
１６ 表面
２２ 外縁部
２６ 半田接合部
２８ 空間
３０ アンダーフィル
３１ フィレット部
６６ 空気
６８ ダム
７０ 側壁
７２ 上壁

Claims (19)

1. 導電性接合部によって電子デバイスが実装された基板上にアンダーフィルを施す方法であって、前記電子デバイスは、前記導電性接合部によって占められていない開放部分を有する空間によって前記基板から分離されており、前記方法は、
   前記電子デバイスの外縁部に沿った前記基板上の位置に前記アンダーフィルを施すステップと、
   前記空間を真空排気して、前記空間の前記開放部分内に真空状態を与えるステップと、
   前記空間を真空排気して前記真空状態を与えた後、前記アンダーフィルを加熱して、該アンダーフィルが前記電子デバイスの前記外縁部に向かって流れ、前記空間の前記開放部分に流入するようにするステップと、
   前記空間が真空排気されている間に、前記基板上の前記アンダーフィルが施された位置と前記電子デバイスの前記外縁部との間に位置する障害物を横切って前記アンダーフィルを流すことにより、前記アンダーフィルの下方に閉じ込められた気体を該アンダーフィルから除去するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記障害物は、前記アンダーフィルが施されて前記電子デバイスを実装した前記基板の表面上に隆起するダムである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記障害物は、前記アンダーフィルが施されて前記電子デバイスを実装した前記基板の表面の下方に奥まったチャネルである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記障害物は、実質的に前記電子デバイスの前記外縁部の長さにわたって延びる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記基板上に前記アンダーフィルを施すステップは、前記基板上に前記アンダーフィルを分注するステップをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記基板上に前記アンダーフィルを施すステップは、前記基板上に固体アンダーフィルを配置するステップをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 導電性接合部によって電子デバイスが実装された表面を有する基板上にアンダーフィルを施す方法であって、前記電子デバイスは、前記導電性接合部によって占められていない開放部分を有する空間によって前記基板から分離されており、前記方法は、
   前記表面がプラズマ処理された状態の前記基板を取得するステップと、
   前記電子デバイスの外縁部に沿って前記基板上に前記アンダーフィルを施すステップと、
   前記空間を真空排気して、前記空間の前記開放部分内に真空状態を与えるステップと、
   前記空間を真空排気して前記真空状態を与えた後、前記アンダーフィルを加熱して、前記アンダーフィルが前記外縁部に向かって流れ、前記空間の前記開放部分に流入するようにするステップと、
   を含み、前記表面の前記プラズマ処理された状態は、前記基板上に施された前記アンダーフィルの下方に閉じ込められる気体を減少させる、
   ことを特徴とする方法。
8. 前記プラズマは、前記基板の表面を、該表面のぬれ性が変化するように活性化する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記プラズマは、前記基板の前記表面を、該表面の組成を変化させることによって活性化する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記基板の前記表面を前記プラズマに曝した後、前記導電性接合部によって前記基板の前記表面上に前記電子デバイスを実装するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
11. 前記基板上に前記アンダーフィルを施すステップは、前記基板上に前記アンダーフィルを分注するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
12. 前記基板上に前記アンダーフィルを施すステップは、前記基板上に固体アンダーフィルを配置するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
13. 前記表面が前記プラズマ処理された状態の前記基板を取得するステップは、前記基板の前記表面をプラズマ処理するステップを含む、
    ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
14. 導電性接合部によって電子デバイスが実装された表面を有する基板上にアンダーフィルを施す方法であって、前記電子デバイスは、前記導電性接合部によって占められていない開放部分を有する空間によって前記基板から分離されており、前記方法は、
    前記基板の前記表面に比べて粗さの小さい上面を有するガラス状の膜によって前記表面が少なくとも部分的に覆われた状態の前記基板を取得するステップと、
    前記電子デバイスの外縁部に沿って前記ガラス状の膜の前記上面上に前記アンダーフィルを施すステップと、
    前記空間を真空排気して、前記空間の前記開放部分内に真空状態を与えるステップと、
    前記空間を真空排気して前記真空状態を与えた後、前記アンダーフィルを加熱して、前記アンダーフィルが前記外縁部に向かって流れ、前記空間の前記開放部分に流入するようにするステップと、
    を含み、前記ガラス状の膜は、前記アンダーフィルの下方に閉じ込められる気体を減少させる、
    ことを特徴とする方法。
15. 前記表面がガラス状の膜によって少なくとも部分的に覆われた状態の前記基板を取得するステップは、前記基板上に前記ガラス状の膜を堆積させるステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記基板上に前記ガラス状の膜を堆積させた後、該ガラス状の膜の表面をプラズマ活性化するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記基板上に前記ガラス状の膜を堆積させた後、前記導電性接合部によって前記基板の前記表面上に前記電子デバイスを実装するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 前記ガラス状の膜の前記上面上に前記アンダーフィルを施すステップは、前記ガラス状の膜の前記上面上に前記アンダーフィルを分注するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
19. 前記ガラス状の膜の前記上面上に前記アンダーフィルを施すステップは、前記ガラス状の膜の前記上面上に固体アンダーフィルを配置するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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