SE515851C2 - Metod för att kontrollera och montera elektroniska ytmonteringskomponenter - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 515 851 serns plan. Det kan vara fråga om elektriskt ledande nålar som löper vinkelrätt mot interposerns plan mellan BGA-kompo- nenten och testkortet eller anisotropiskt ledande filmer.

Vidare har nyligen ett fåtal socklar utvecklats som ansluts till BGA-komponenten respektive testkortet.

Alla dessa kända tekniker har den nackdelen att det krävs att ett högt mekaniskt tryck appliceras på BGA-komponenten för att erhålla tillräckligt god fysisk, och därmed elektrisk, kontakt med testkortet.

Emellertid förekommer ofta kvarstående problem i form av hög elektrisk kontaktresistans, förekomst av parasitisk induktans och kapacitans. Vidare är nämnda interposer, anisotropiskt ledande filmer och nämnda socklar dyra att konstruera och tillverka.

Föreliggande uppfinning löser de angivna problemen.

Föreliggande uppfinning erbjuder en metod som är billig, som endast kräver ett lågt kontakttryck mellan BGA-komponenten och testkortet, som ger låga kontaktresistanser och som ger låga parasitiska induktanser och kapacitanser.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till metod för att kontrollera och i vissa fall montera elektroniska ytmonte- ringskomponenter, vilka komponenter på dess ena sida har ett antal kontaktställen vilka skall bringas till elektrisk an- sar- att i slutning till kontaktställen på ett testkorts ena sida, skilt BGA-komponenter och motsvarande och utmärkes av, ett första steg komponentens kontaktställen bringas att dop- pas i en vid rumstemperatur eller förhöjd rumstemperatur fly- tande metall, där metallens djup bringas att understiga höj- den av ytmonteringskomponentens kontaktställen, av att i ett andra steg komponenten lyfts uppifrån metallens yta, varvid den flytande metallen till del kvarstannar på kontaktställena och av att i ett tredje steg de med flytande metall försedda lO 15 20 25 30 35 515 851 kontaktställena bringas till anliggning mot motsvarande kon- taktställen pà testkortet.

Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med ett pà bifogade ritning visat utföringsexempel av uppfinning- en, där - figur 1 - 3 visar olika steg enligt föreliggande metod - figur 4 visar en utföringsform av uppfinningen.

I figurerna 1 - 3 illustreras föreliggande metod för att kon- trollera elektroniska ytmonteringskomponenter. I figurerna exemplifieras ytmonteringskomponenten med en BGA-komponent 1.

BGA-komponenten 1 har pà dess ena sida ett antal kontaktstäl- len 2, vanligen bestående av c:a 60% tenn och 40% bly. Dessa kontaktställen 2 skall bringas till elektrisk anslutning till kontaktställen (Pads) (PCB) 4 ena sida, 3 pä ett testkorts se figur 3.

Enligt uppfinningen bringas i ett första steg komponentens l kontaktställen 2 att förses med en vid rumstemperatur eller förhöjd rumstemperatur flytande metall 5. Detta illustreras i figur 2. Det är föredraget att doppa kontaktställena 2 i den flytande metallen. Emellertid kan metallen pàföras kontakt- ställena genom ett förfarande som motsvarar ett tryckförfa- rande, där exempelvis en cylinderyta innehållande den flytan- de metallen rullande förs över den yta av komponenten där kontaktställena finns.

Enligt en föredragen utföringsform bringas den flytande me- tallen att vara pà en plan yta, sàsom pá en glasskiva 6 eller kiselskiva. Metallens djup pà skivan bringas företerädesvis att understiga höjden av ytmonteringskomponentens 1 kontakt- ställen 2, för att säkerställa att endast kontaktställena 2 kommer i kontakt med den flytande metallen 5. Härvid väter metallen kontaktställena 2.

I ett andra steg enligt föreliggande metod lyfts komponenten lO 15 20 25 30 35 515 851 upp från metallens yta, såsom illustreras i figur 2, varvid den flytande metallen till en del 7 kvarstannar pà kontakt- ställena.

I ett tredje steg bringas de med flytande metall 7 försedda kontaktstàllena 2 till anliggning mot motsvarande kontakt- ställen, pads, 3 på testkortet 4, såsom illustreras i figur 3, varvid kontaktställena 2 på komponenten står i god elekt- risk kontakt med de motsvarande kontaktställena 3 på test- kortet.

Därefter utföres tester av ytmonteringskomponenten 1.

I ett valbart fjärde steg upplyfts ytmonteringskomponenten 1 varefter den flytande metallen 7 avlägsnas från ytmonterings- komponentens kontaktställen 2. Det har visat sig att vatten och ett vanligt tvättmedel med fördel kan användas för att ta bort metallen 7. Det fjärde steget är valbart pà grund av, såsom nedan beskrives, detta inte alltid utföres. Enligt en mycket föredragen utföringsform är den flytande metallen gal- (Ga) lium eller en galliumlegering.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen, som dock på grund av miljöskäl inte är lika föredragen, är den flytande metallen kvicksilver (Hg) eller en kvicksilverlegering.

Gallium och galliumlegeringar föreligger i flytande fas vid rumstemperatur eller en något förhöjd rumstemperatur. De har vidare en låg resistivitet, nämligen cza 14 mikroOhm x cm.

Som jämförelse kan nämnas att koppar har 1.56 mikroOhm X cm.

Vidare är gallium och dess legeringar lätta att använda där- för att de inte är hälsofarliga eller miljöfarliga bl.a. på grund av det låga ångtrycket. Flytande gallium har ett ex- tremt lågt ångtryck, nämligen endast 107” torr vid 400 °C.

Kvicksilver har ett betydligt högre ångtryck, nämligen 10” torr vid 400 °C. lO l5 20 25 30 515 851 I nedanstående tabell visas exempel på i föreliggande samman- hang användbara legeringar: Tabell 1.

Smälttemperatur Pulvertillsats Ga 30 °C Ag Ga/Sn 16 °C Cu Ga/In 15 °C Sn Ga/In/Sn 5 °C Ni Som framgår av tabell 1 har ett antal galliumlegeringar med tenn, eller indium eller både tenn och indium smälttemperatu- rer under rumstemperatur. Härvid avses legeringar med en eutektisk sammansättning.

Dessa legeringar kan också skräddarsys med avseende på visko- siteten genom att pulverformig metall kan blandas i den fly- tande legeringen. Många olika metaller kan användas för detta ändamål. I tabell l ges exempel på föredragna metaller i den högra kolumnen. Det är föredraget att inblanda högst 20 vikts% metallpulver. Genom att inblanda metallpulver kan en pasta baserad på flytande gallium åstadkommas i vilken kon- taktställena doppas på ovan angivet sätt. Tjockleken av pas- tan på skivan 6 samt viskositeten bestämmer hur mycket av pastan som fastnar på kontaktställena när dessa doppas i pas- tan.

I nedanstående tabell visas vätningsegenskaperna för gallium och galliumbaserade legeringar. lO 15 20 25 30 35 515 851 6 Tabell 2 Material: Metall Glas Kisel Keramik Epoxi Vätnings- Bra Bra Bra Dàliga Dàliga egenskaper Som framgår av tabell 2 väter gallium och en galliumbaserad legering bra, eller mycket bra, pà metall men dåligt pà kera- miska material och pà epoxy. Detta är en viktig egenskap som gör galliumbaserade legeringar idealiska för föreliggande ändamål, eftersom kontaktställena 2, 3 pà både komponenten 1 och testkortet 4 är av metall medan omgivande material är av keramik eller epoxy.

En annan viktig egenskap som gallium och galliumbaserade legeringar har är att de är oxidbrytande vad avser den oxid som kan finnas pä kontaktställena 2, 3, därför att gallium bildar legeringar med det material som kontaktställena bestàr av. Detta innebär att en extremt god elektrisk kontakt erhäl- les, där kontaktresistansen normalt understiger 1 mOhm.

Den ovannämnda parasitiska induktansen och parasitiska kapa- citansen blir mycket làga pà grund av liten materialmängd vid kontaktpunkten mellan respektive kontaktställe 2, 3.

Det ovan nämnda gäller pà motsvarande sätt för kvicksilver. Även om det för uppfinningens funktion inte är av stor bety- delse om kvicksilver eller kvicksilverlegeringar används i stället, främst ur miljö- och hanteringssynpunkt. För det fall kvick- är gallium eller galliumlegeringar att föredraga, silver används mäste åtgärder vidtagas pà grund av dess höga àngtryck och pà grund av att kvicksilverföreningar är tox- iska. Exempelvis mäste metoden utföras i ett slutet rum, där kvicksilverföreningarna omhändertas pà ett ur hälsosynpunkt och miljösynpunkt godtagbart sätt. lO 15 20 25 30 35 515 851 Enligt ett föredraget utförande av uppfinningen införes yt- monteringskomponenten 1 i en ram 8 som uppbär testkortet 4 för att inrikta av ytmonteringskomponenten 1 i ett förutbe- Ramen 8 kan ha stämt läge relativt testkortet 4, se figur 4. en undre del 9 och en övre del 10. Den undre delen 9 har lämpligen innermàtt som motsvarar komponentens 1 yttermätt.

Den övre delen 10 är lämpligen försedd med en överliggare 11 anordnad att anligga mot komponentens översida. Genom att an- ordna dragfjädrar 12, 13 som med lämplig kraft drar den övre delen 10 i riktning mot den undre delen 9 uppnås att kompo- nenten 1 pressas mot testkortet med en lämplig kraft för att säkerställa att alla kontaktställen 2 har god anliggning mot testkortets pads 3.

Ovan nämndes att i ett fjärde steg komponenten upplyftes fràn testkortet efter avslutad test och att kontaktställena ren- görs.

Enligt en andra, alternativ, utföringsform av uppfinningen utgöres testkortet 4 av ett kretskort 4 pà vilket ytmonte- ringskomponenten 1 slutligen skall monteras i ett förutbe- stämt läge.

Härvid genomföres det första, det andra och det tredje steget varefter en test av ytmonteringskomponenten sker när den pla- cerats i nämnda förutbestämda läge. För det fall testningen visar att komponenten har avsedd prestanda kvarhàlles kompo- nenten 1 pà kretskortet 4 med flussmedel pà kontaktställena 2 och 3, nämnda läge upphettas till en temperatur vid vilken ytmonte- varefter kretskortet med ytmonteringskomponenten i ringskomponentens kontaktställen 2 sammanlöds med motsvarande kontaktställen 3 pà kretskortet 4. Exempelvis är en sådan temperatur omkring 200 °C. Vid sammanlödningen kommer gallium och galliumlegeringar att legera sig med materialet i kon- taktställena 2 och kontaktställena 3.

Enligt en tredje, alternativ, utföringsform av uppfinningen, lO 15 20 25 30 35 515 851 där också testkortet utgöres av ett kretskort 4 pà vilket yt- monteringskomponenten 1 slutligen skall monteras i ett förut- bestämt läge, sker också en test av ytmonteringskomponenten när den placerats i nämnda förutbestämda läge.

Enligt denna utföringsform fixeras ytmonteringskomponenten mekaniskt relativt kretskortet i nämnda läge. Exempelvis sker fixeringen medelst en ram sàsom visas i figur 1, eller pà an- nat lämpligt sätt. För det fall testningen visar att kompo- nenten l har avsedd prestanda, kvarhälles komponenten 1 i nämnda läge vid användning av kretskortet.

Härvid sker således ingen sammanlödning av kontaktställena 2, 3, utan den flytande metallen kvarblir i flytande tillstànd under komponentens användning. Detta utförande har bl.a. de fördelarna att komponenten blir lätt att byta och av att den flytande metallen vid kontaktställena avlastar mekaniska spänningar i komponenten och kretskortet till följd av tempe- raturändringar.

Genom föreliggande uppfinning elimineras de inledningsvis nämnda nackdelarna. Föreliggande metod är billig att använda.

Metoden är mycket bra för testning vid hög frekvens och vid hög hastighet pà grund av att kontaktresistansen, den parasi- tiska induktansen och den parasitiska kapasitansen är lága.

Vidare är metoden enkel att använda eftersom kontakttrycket mellan kontaktställena kan vara mycket lägt.

Ovan har ett antal utföringsformer beskrivits. Emellertid kan andra legeringar än de ovan nämnda användas. Exempelvis kan icke eutektiska föreningar användas vid rumstemperatur eller en förhöjd sådan.

Föreliggande uppfinning skall sàledes inte anses begränsad till ovan angivna utföringsexempel, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (10)

lO l5 20 25 30 35 515 851 Patentkrav

1. Metod för att kontrollera och i vissa fall montera elekt- roniska ytmonteringskomponenter, vilka komponenter på dess ena sida har ett antal kontaktställen vilka skall bringas till elektrisk anslutning till kontaktställen pà ett test- korts ena sida, särskilt BGA-komponenter och motsvarande, k à n n e t e c k n a d (1) kontaktstàllen temperatur eller förhöjd rumstemperatur flytande metall (5), tens där metallens djup bringas att understiga höjden av ytmonte- (l) kontaktställen (2), (1) lyfts upp från metallens den flytande metallen till del (7) (2) och av att i ett tredje steg de med flytande metall försedda kontaktställena (2) (3) av att i ett andra (5) kvarstannar på kontakt- ringskomponentens steg komponenten yta, ställena bringas till anliggning (4). mot motsvarande kontaktställen på testkortet

2. Metod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d att (5) bringas att vara på en plan yta, (6) a v, den flytande metallen såsom på en glasskiva eller kiselskiva.

3. Metod enligt krav l eller 2,~k ä n n e t e c k n a d a v, att den flytande metallen (5) är gallium (Ga) eller en galliumlegering.

4. Metod enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v, att (5) bringas att innehålla ett elekt- (Ag), (Sn), den flytande metallen riskt ledande metallpulver, såsom silver tenn koppar (Cu) eller nickel (Ni).

5. Metod enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v, att den flytande metallen (5) är kvicksilver (Hg) eller en kvicksilverlegering. k ä n n e t e c k n a d att

6. Metod enligt krav 5, a V, den flytande metallen (5) bringas att innehålla ett elekt- a v, att i ett första steg komponen- (2) bringas att doppas i en vid rums- varvid lO 15 20 25 30 35 515 851 10 riskt ledande metallpulver, säsom silver (Ag), tenn (Sn), koppar (Cu) eller nickel (Ni).

7. Metod enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v, att ytmonteringskomponenten (1) införs i en ram (8) som testkortet (4) uppbär för att inrikta ytmonte- ringskomponenten (1) i ett förutbestämt läge relativt test- kortet (4).

8. Metod enligt nàgot av föregäende krav, k ä n n e - t e c k n a d a v, att i ett fjärde steg ytmonteringskompo- nenten (1) upplyfts varefter den flytande metallen (5) av- lägsnas från ytmonteringskomponentens (1) kontaktställen (2).

9. Metod enligt nàgot av kraven 1 - 7, k ä n n e t e c k - n a d a v, att testkortet utgöres av ett kretskort (4) pä (1) av att en test av ytmonteringskompo- vilket ytmonteringskomponenten slutligen skall monteras i ett förutbestämt läge, (1) och av att för det fall testningen visar att komponenten (1) (4) nenten i nämnda läge upphettas till en temperatur vid vilken nenten sker när den placerats i nämnda förutbestämda läge har avsedd prestanda kretskortet med ytmonteringskompo- ytmonteringskomponentens kontaktställen (2) sammanlöds med motsvarande kontaktställen (3) pà kretskortet. k ä n n e t e c k- (3) pä slutligen skall monteras i

10. Metod enligt nàgot av kraven 1 - 7, a v, att testkortet utgöres av ett kretskort (1) av att en test av ytmonteringskompo- n a d vilket ytmonteringskomponenten ett förutbestämt läge, nenten (1) sker när den placerats i nämnda förutbestämda läge, av att ytmonteringskomponenten (1) mekaniskt fixeras (3) för det fall testningen visar att komponenten (1) har avsedd prestan- relativt kretskortet i nämnda läge och av att, da, komponenten kvarhàlles i nämnda läge vid användning av kretskortet (3).