JP7186162B2 - チップを基板に接着するための方法およびシステム - Google Patents

Description

本開示は、例えばはんだまたは接着材料などのチップと基板と間に配置された熱接着材料によって、チップを基板に接着するための方法およびシステムに関する。

現在の市場では、低コストの可撓性電子デバイスに対する需要が高まっている。例えば、電子デバイスは、電気配線または電路を有する可撓性基板を含むことができ、１つまたは複数のチップが電路に接着される。

チップを基板に接着する１つの方法はリフロー炉である。例えば、回路は、チップと基板との間のはんだの液相線温度より高い温度に維持される。多くの場合、これは時間のかかるプロセスとなる可能性がある。さらに、リフローはんだ付け、導電性接着またはフェイスアップ・チップ統合などの方法は、例えば低い損傷温度を有する特定の低コスト・フォイル（例えば、可撓性ポリエステル）などの特定のフォイルと適合しない可能性がある。例えば、ポリマー基板は、摂氏約１５０度のガラス転移温度（Ｔｇ）を有することがあるが、業界標準のＳＡＣはんだ温度は、摂氏２１５度から２５０度の範囲になり得る。そのような場合、上昇温度に長時間さらされると、基板に対して損傷を、すなわち、可撓性フォイルの変形または劣化および／またはその有機表面コーティングまたは接着剤の劣化などを与え、本質的な機能を失うことがある。

チップを基板に接着するための別の方法は、比較的小さい照射面積を有するＩＲ／レーザスポットを用いて接着材料を加熱することによってＩＲ／レーザ接着接続を形成することである。レーザスポットはんだ付けは実行可能であるが、小さなスポット領域は各構成素子に対してスポットの正確な位置決めを必要とする。さらに、ロール・ツー・ロール（Ｒ２Ｒ）プロセスにおいてＩＲ／レーザはんだ付けを適用することは、レーザスポットを移動する基板に対して位置合わせする必要があるため、より複雑および／または困難な場合がある。通常、ＩＲ／レーザはんだ付けは、他のはんだ付け方法と比較して非常に複雑で費用がかかることがある。

チップを基板に接着するためのさらに別の方法は、フォトニックはんだ付けのようなフォトニック熱接着であり、例えば構成素子と基板との間に配置されたはんだ材料、熱接着剤などの熱接着材料の熱接着のために、比較的高いエネルギーの光パルスがフラッシュランプから発生される。チップ（またはシリコンベース構成素子などの構成素子）は、その表面に露出したエネルギーを吸収し、フォトニックはんだ付けのために、このエネルギーを熱の形で構成素子を介して熱接着材料接合部（例えば、はんだ接合部）に伝達するのに適している。しかし、いくつかのチップまたは構成素子は、フォトニックはんだ付け中に比較的高エネルギーの光パルスにさらされるのに適していない場合がある。したがって、場合によっては、フォトニックはんだ付けは、構成素子／チップの損傷温度によって制限される。

本発明者らは、フォトニック熱接着中の加熱パルスのタイムスケールが、基板の著しい加熱を回避するように十分に短い場合、構成素子は、基板の（定常状態）損傷温度を瞬間的に超える温度で、基板と構成素子との間の熱接着材料によって基板に接着（例えばはんだ付け）することができることを見出した。例えば、光パルスの全エネルギーは、重大な損傷を回避するために十分に低くすることができ、および／または熱は、損傷を引き起こす前に基板内で急速に放散される。典型的には、フラッシュランプによって生成された高強度照射を使用して、フォトニック接着またはフォトニックはんだ付けを達成することができる。しかし、そのような高い強度の照射は、構成素子／チップが接着される必要がある基板の損傷温度が比較的低いために、フォトニックはんだ付けに対する制限要因となり得る。その結果、構成素子／チップがそれらの間の熱接着材料によって接着される必要があるいくつかの基板、フォイル、またはストリップは、フォトニック熱接着法などの特定の熱接着法では使用されないかまたは敬遠されるのであり、それは、光パルス中に露出される、熱接着材料による接着を得るために必要な比較的高いエネルギーに対して影響を受けやすいために前記の基板またはフォイルがフォトニック接着プロセス中に損傷または劣化するからである。

その結果、フォトニック熱接着中にフラッシュランプによって生成された光パルスからの露出エネルギーが高すぎると、チップが損傷を受ける（または劣化する）だけでなく、追加的に板も損傷する、または代替的に基板が損傷する可能性がある。さらに、短い光パルスは、不均一なはんだ付けを引き起こす可能性があり、チップに隣接するはんだ接着の一部は、基板に隣接する部分よりも多く加熱される。

上記の欠点のうちの少なくとも１つを取り除く方法およびシステムに対する需要がある。広範囲の基板、特に比較的低い損傷温度を有するポリマーベース基板について、基板と構成素子との間に配置されたはんだ材料を用いて、基板に構成素子をフォトニック熱接着することを可能にするというさらなる需要がある。基板と構成素子との間の熱接着材料を用いて前記構成素子を基板に接着するためにフォトニック熱接着を適用する場合に、構成素子、基板、および／またははんだ接着を損傷する危険性を減らすというさらなる需要がある。

したがって、本開示の第１の態様は、チップと基板との間に配置された熱接着材料によってチップを基板に接着する方法を提供する。熱接着材料は、その温度が接着温度まで上昇すると接着を形成する材料特性を有する。この方法は、少なくとも基板を初期温度から基板の損傷温度より低く維持された上昇温度に予熱するステップと、チップに光パルスを印加してチップの温度をチップのピーク損傷温度より低く維持されたパルスピーク温度まで瞬間的に上昇させるステップと、を含む。チップの瞬間的に上昇したパルスピーク温度は、チップから接着材料への伝導熱の流れを引き起こし、伝導熱は、接着材料を接着温度に到達させてチップと基板との間に接着を形成する。

フォトニックはんだ付けなどのフォトニック熱接着中に、光パルスが生成され、そのエネルギーは、構成素子またはチップによって吸収され、その光パルスによって、少なくともチップ内の温度が短く一時的に変動する可能性がある。十分なエネルギーが光パルスによって生成されると、チップは暖まり熱を基板の導電性電路に伝達する。この熱は、チップと基板の電路との間を接着するおよび／または接続を形成するために、チップと基板との間に配置された熱接着材料を加熱することができる。したがって、光パルスからのエネルギーは、フォトニックはんだ付け中にチップを通して伝達される。熱接着材料は、例えば、はんだ材料またははんだペーストであってもよく、接着温度ははんだ温度である。しかし、熱接着材料は、熱接着剤であってもよい。他の感熱熱接着材料も使用することができる。

有利には、初期温度から上昇温度への予熱の結果として、上昇温度における接着部から基板への熱流は、基板が初期温度になっている状況と比較して比較的低くなることが可能である。

有利な実施形態では、基板への接着部を介した残留熱流によって引き起こされる基板内のさらなる温度上昇が、基板をその損傷温度より低く保つように、チップからの伝導熱の流れは、基板に達する前に少なくとも部分的に放散する。

比較的かさばっているパッケージ化された構成素子またはチップ（例えばＬＥＤ）は、ターゲット基板に構成素子を適切にはんだ付けすることを可能にして、基板への広範囲の熱流出を克服するために高強度の照射を必要とする。さらに、ＬＥＤ構成素子の直接フラッシュランプ照射などは、ＬＥＤの保護ポリマーマトリックスを破壊する可能性がある。基板は、金属基板であってもよく、１つまたは複数の金属を含んでもよい。基板または導電性電路は、高い熱伝導を有する材料を含み得る。これは、フォトニックはんだ付け中に光パルスが生成された場合に、チップと基板との間に配置された熱接着材料（例えば、はんだ材料）を通る熱流出をもたらし得る。本明細書に記載されるように、チップまたは構成素子は、フォトニックはんだ付け中のフラッシュランプの光パルスの低減された強度またはエネルギー出力ではんだ付けのためにはんだ材料を溶融／焼結することができるように、少なくとも基板を上昇温度に予熱することによって基板にはんだ付けすることができる。その結果、予熱された基板は、フォトニックはんだ付け中の熱流出において作用が弱まることが可能である。基板は基板とチップとの間のはんだ材料を介してチップと接続されるので、基板を予熱することによって、はんだ材料の温度も上昇し得る。したがって、（少なくとも）基板を上昇温度に予熱することによって、はんだ付け中の基板への熱流出を減少させることができる。このようにして、フォトニックはんだ付け中の基板への損傷または劣化の危険性を低減しながら、基板への損傷または基板の劣化を防止することができ、および／またはより良好なはんだ付けを達成することができる。追加的または代替的に、チップまたは熱接着材料を損傷する危険性を減らすことができる。その結果、熱流出を少なくすることにより、はんだ付けなどの熱接着プロセスを可能にすることができる。同じフォトニック熱接着光パルス（例えば、同じ光パルスプロファイルまたは光パルス・エネルギーを有する）を使用することによって、熱接着材料の熱接着接合部内により多くの熱を保持することができ、このことは、例えばはんだペーストのはんだ付けなどの熱接着材料のフォトニック熱接着を達成するために必要となり得るものである。

熱エネルギーは、チップ／構成素子を通って熱接着材料に流れ得る。フォトニックはんだ付けを達成するために同じ目標温度に到達する必要がある場合、予熱を適用することによって開始点（初期温度または室温）をさらに目標温度に近づけることができる。したがって、少なくとも基板を予熱すると、光パルスの間に、チップから熱接着材料を介して基板の導電性電路（例えば、金属、銀、銅、印刷導体など）へ流れる熱流出を少なくすることができる。熱流出は、必要なパルス・エネルギーをより少ない状態で起こすことができ、および／または比較的速く（例えば５ｍｓよりも短く）起こすことができる。基板の導電性電路のサイズは、少なくとも部分的に熱流出を決定することができる。

一実施形態では、基板は、例えば１秒以上適用された場合に基板に損傷を与える損傷温度を有する。基板は、比較的短期間（例えば１００ｍｓ未満）適用されると損傷を引き起こす可能性があるピーク損傷温度も有し得る。他の要素（チップおよび熱接着材料）もそれぞれ、損傷温度およびピーク損傷温度を有し得る。

フォトニックはんだ付けの間、エネルギーは、光パルスから比較的短時間（パルス）で少なくともチップ／構成素子に伝達される。「損傷温度」は、基板（例えばポリマー基板）のガラス転移温度であり得る定常状態損傷温度またはチップ／構成素子の定常状態損傷温度と見なすことができる。「定常状態」予熱の比較的遅いプロセスと、それに続く「過渡的な」（一時的な）温度ピーク（パルス温度）を引き起こす光パルスによる比較的速いはんだ付けプロセスとは、区別することができる。「損傷温度」は、例えば（炉内のように）１秒以上などの長期間にわたって適用された場合にデバイスが本質的な機能を失う原因となる温度として定義することができる。（過渡的な）「パルスピーク温度」は、（フォトニックはんだ付け中の短い光パルスによって引き起こされるような）１００ミリ秒未満のような比較的短い期間未満の間、「損傷温度」を超えて一時的に上昇する温度として定義することができる。

一例では、基板は可撓性である。そのような可撓性フォイルは、ロール・ツー・ロール処理において有利に使用することができる。このように、電子ストリップ（例えばＬＥＤストリップ）の生産効率は、ＰＥＴまたはＰＥＮなどの低コストの可撓性フォイルを使用して改善することができる。

有利には、本発明の方法を使用して、フォトニックはんだ付けによる直接熱照射に敏感な様々なマイクロ電子構成素子またはチップを、従来の無鉛ＳＡＣはんだを用いて低コストで低Ｔｇの可撓性基板に効果的にはんだ付けすることができる。（例えばＰＩ、ＰＥＴ、ＰＵ積層ＰＥＴなどを含む、フォイル、例えばＣｕを含む）他の基板材料、およびはんだ付け用のはんだまたは合金（例えばＳＡＣはんだ、ＩＣＡなど）も使用することができる。

追加的にまたは代替的に、基板にチップをはんだ付けするための代替としての低温はんだペーストの使用は、そのようなペーストはより高価であり業界ではあまり確立されていないので、避けることができる。

任意選択で、最低上昇温度は、最小上昇温度によって決定され、チップの温度は、最低上昇温度から、チップまたは基板の少なくとも一方を損傷することなく、熱接着材料によって接着を形成するために光パルスによって瞬間的に上昇させることができ、最低上昇温度は初期温度より高く、最大上昇温度は、チップまたは基板の最低損傷温度によって決定され、上昇温度は、最小上昇温度と最大上昇温度との間である。

一実施形態では、予熱温度は、基板の（定常状態）損傷温度より少なくとも１０℃低く、例えば基板の損傷温度より２０℃から１００℃低い。この基板の損傷温度は、基板のガラス転移温度によって定義することができる。基板は、損傷温度を超えるピーク損傷温度を有し得る。ピーク損傷温度は、例えば１００ミリ秒より短い期間適用された場合でも基板に損傷を与える。基板のピーク損傷温度は、基板の蒸発または分解温度によって定義することができる。

一実施形態では、チップから基板への伝導熱の流れは、基板の（過渡的な）ピーク損傷温度より低く留まる基板の過渡的な加熱を引き起こす。任意選択的に、チップから基板への伝導熱の流れは、１００ｍｓ未満の間、基板の定常状態の損傷温度より上に留まる基板の過渡的な加熱を引き起こす。一例では、好ましくは２０ｍｓ未満、より好ましくは１０ｍｓ未満、または基板の（定常状態）損傷温度を完全に下回ったままでさえある。

任意選択で、上昇温度は少なくとも５０℃である。

上昇温度は初期温度より高い。初期温度は室温に対応することができ、例えば約２０℃である。一実施形態では、上昇温度は好ましくは少なくとも８０℃、より好ましくは少なくとも１００℃である。このようにして、チップと基板との間に配置された熱接着材料を熱接着して、熱接着による接続を形成することを可能にしながら、チップまたは基板の少なくとも一方を損傷および／または劣化させる危険性を減らすことができる。上昇温度への予熱は、基板、チップおよびはんだ材料ならびにそれらの特性に関して選択される。

任意選択で、上昇温度は、チップまたは基板の最低損傷温度よりもセルシウス度で０．５から５０％、好ましくは０．５から３０％、より好ましくは１から２０％、最も好ましくは１から１０％小さい範囲である。

チップおよび基板の損傷温度の最低損傷温度に近い上昇温度を選択することによって、接着材料が接着温度に達するときに接着を得ながら損傷を防ぐことができる。

任意選択で、チップの損傷温度は、基板の損傷温度より高い。

一実施形態では、フォトニック熱接着は、フラッシュ光から来る光パルスによって得られ、光パルスはチップに向けられる。チップと基板との間に配置された熱接着材料も加熱しながら、熱はチップから基板の導電性電路に伝達し得る。当然のことながら、光パルスの結果として、チップ、熱接着材料および基板の温度は、時間の関数として変化する（暖められる）。光パルスからのエネルギーはチップによって受け取られるので、チップの誘導された上昇温度は、基板の上昇温度よりも高くなり得る。一例では、チップの損傷温度は基板の損傷温度よりも高いので、フォトニック熱接着中にチップまたは基板を損傷する危険性を減らすことができる。

任意選択で、接着温度はそれぞれ、チップの損傷温度と基板の損傷温度との間にある。

任意選択で、光パルスが基板の少なくとも一部に到達するのを少なくとも部分的に阻止するために、マスクが基板の一部の上に配置される。

一実施形態では、フラッシュランプの光パルスの結果としての基板による熱吸収を低減するために、基板が光パルスにさらされることが少なくなるように、遮蔽、カバーまたはマスクを配置することができる。このようにして、隣接する構成素子および特徴部を保護することができる。一実施形態では、異なる光吸収の基板およびチップを使用することによって、チップをより選択的に加熱することができる。

任意選択で、予熱は連続的に行われる。

連続予熱器（連続ＮＩＲなど）を使用することによって、フォトニック熱接着中に、熱流出を低減し、光パルスによって生成される必要なエネルギーを制限することが可能である。連続的な予熱を実行することによって、熱接着（例えば、はんだ材料のはんだ付け）のための最終作用は、光パルスによって提供され得る。典型的には、光パルスは、比較的高いエネルギー伝達を引き起こし得るが、フラッシュの持続時間は比較的短い（ミリ秒）。一実施形態では、予熱の結果として、パルス長（光パルスの持続時間）を実質的に一定に保ちながら、電力を減少させて、はんだ付けを達成するための最終作用を提供することができる。光パルスの他のパラメータが変更される他の解決策も可能である。

任意選択で、少なくとも基板を予熱するように構成された予熱器と、熱接着のために光パルスを供給するように構成された光源とが、基板の互いに反対側に配置される。

一実施形態では、少なくとも基板を予熱することは、少なくとも予熱器を使用したフォトニックはんだ付けの前に行われる。その結果、フォトニックはんだ付け中に基板への熱流出が減少するように、少なくとも基板の損傷閾値温度より低い上昇温度まで温度が上昇する。予熱は、例えば、ホット・プレートまたはＮＩＲによって行うことができる。他のヒーターも使用することができる。一例では、フォトニックはんだ付けに使用されるフラッシュランプを予熱器として使用することができる。例えば、各パルスが徐々に温度を上昇させる１つまたは複数のフラッシュ（シーケンス）を使用することができる。例えば、フラッシュランプによって生成された連続的なフラッシュは、温度を上昇温度まで上昇させることができる。ＩＲランプを使用するなどの他の解決策も可能である。

ホット・プレートまたはＮＩＲなどの予熱器を使用することによって基板を比較的短時間で予熱することができ、これもまた、他の方法、例えば炉リフローはんだ付け（例えば数十分から数秒）などの他のはんだ付け方法と比較して熱接着プロセスの持続時間を短縮することができる。一実施形態では、この方法は、光パルスを使用し、フォトニックはんだ付け中に予熱することによって、リフロー・プロファイルを模倣するように構成することができる。

任意選択で、基板は可撓性であり、方法はロール・ツー・ロール処理を使用して実行され、ロール・ツー・ロール処理中に最初に前記予熱が行われ、その後に基板へのチップのフォトニック熱接着が行われる。

フォトニック熱接着の場合、フラッシュランプからの比較的広い面積の照射は、はんだ材料のような熱接着材料を有する基板上の特定の位置に対する光源の位置合わせに関する制限を打ち消す場合があり、したがってプロセスをＲ２Ｒプロセスと互換性があるようにする。したがって、本発明による方法は、Ｒ２Ｒ設定における基板によく適している。このようにして、低コストの可撓性基板またはフォイルを使用することができ、潜在的にコストを削減し、および／または生産能力を向上させることができる。

比較的単純で可撓性のシステム、例えばトランジスタを有する論理機能または光電子デバイスは、完全にプリントすることができるが、ハイブリッド・アプローチでは、可撓性回路は、集積回路（例えばシリコンベース）、表面実装デバイス（ＳＭＤ）構成素子、または発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージなどのチップと組み合わされる。可撓性電子機器用の基板は、例えば銅クラッド・ポリイミド（ＰＩ）・フォイル、または銅または印刷導体を有するポリエステル・フォイルによって形成することができる。このようにして、例えば、可撓性基板にはんだ付けされたＬＥＤパッケージを含む可撓性ＬＥＤストリップを得ることができる。

本発明は、可撓性基板にはんだ付けされたパッケージの製造コストを低減するために使用され得るポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）およびポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）などの低コストのフォイルに対して有利に使用することができる。ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル・フォイルは、約１２０℃から１５０℃の最大処理温度を有し、これは、多くの既知の業界標準のＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ（ＳＡＣ）のような鉛フリー合金の液相線温度（通常２００℃超）よりもはるかに低く、したがって、リフローはんだ付けでの使用には不適切である場合がある。

任意選択で、チップから基板への伝導熱の流れは、基板のパルス加熱を引き起こし、チップおよび／または基板の温度はそれぞれ、１００ｍｓ未満の間チップおよび／または基板の損傷温度より高く維持される。

比較的短期間の間、チップまたは基板を損傷させることなく、チップまたは基板の温度は、その損傷温度よりも高く上昇されることが可能である。しかし、チップおよび基板に対するピーク損傷温度も存在し、前記パルスピーク損傷温度を超える温度の上昇は、たとえ短期間（例えば１００ｍｓ未満）であっても損傷または劣化を引き起こす可能性がある。一例では、基板はチップよりも低い損傷温度を有するので、基板の損傷温度は、チップおよび基板の損傷温度のうちの最も低いものである。チップをパルス加熱すると、熱伝達の結果として基板の温度を上昇させる。比較的短期間、好ましくは１００ｍｓ未満の間、基板の温度は、基板を損傷または劣化させることなく、基板の損傷温度よりも高くなり得る。このために、基板の上昇した温度は、基板のパルスピーク損傷温度より低く留まらなければならない。同様の推論がチップにも当てはまる。

有利な実施形態では、フォトニック熱接着中の光パルスによって引き起こされるチップおよび／または基板のパルスピーク温度はそれぞれ、チップおよび／または基板のピーク損傷温度よりも低い。このようにして、チップおよび／または基板の損傷または劣化のさらなる危険性を防止することができる。

予熱は、通常、接着に使用される光パルスの放射束と比較して比較的低いエネルギー伝達速度で行われる。例えば、基板および／またはチップに蓄積される単位時間当たりのエネルギー量は、例えば少なくとも２倍、１０倍、１００倍、またはそれ以上の係数で光パルス中よりも予熱中の方が低い。さらに、比較的低速のエネルギー伝達で予熱すると、典型的には、例えば少なくとも２倍、１０倍、１００倍、またはそれ以上の係数でパルスの持続時間よりも長い期間にわたって持続させることができる。

いくつかの実施形態では、予熱は電磁放射、例えば赤外線によって行われる。例えば、予熱器は、（例えばフラッシュランプから生じる）光パルスの波長とは異なる波長であり得る特定の波長範囲で動作する放射源を含み得る。波長は、例えば放射のピークおよび／またはスペクトル範囲によって特徴付けることができる。別個の予熱器を使用する場合、予熱のために使用される波長は、典型的には光パルスの間に放出される波長よりも長くてもよい。例えば、予熱は、０．７５から１０μｍのスペクトル範囲を有する予熱器によって行うことができる。近赤外（ＮＩＲ）予熱器は、０．７５から１．４μｍのスペクトル範囲を有し得る。有利には、光パルスは、予熱放射線に対して短期間の高エネルギー放射線を提供する。典型的には、予熱中に影響を及ぼす単位時間当たりのエネルギー量は、光パルス中の流れよりも少ない。

いくつかの実施形態では、予熱は、接着のための光パルスとは別に行われる。例えば、予熱は別のイベントとして考えることができ、装置構成全体に熱を拡散させるのに十分な時間を提供するために、例えば０．５秒を超える十分な時間時間が用いられる。任意選択で、予熱は、光パルスから時間的に離れて行われ、例えば予熱と光パルスとの間の期間にはエネルギー移動がない。このようにして、予熱は、別個のイベントと見なすことができ、最初の予熱が行われ、その後、例えば０．５秒、１秒、５秒あるいはそれ以上のような所定の期間の後に光パルスが続く。代替的に、予熱は、連続的なプロセスであってもよく、例えば光パルス中も継続する。

第２の態様によれば、本発明は、チップと基板との間に配置された熱接着材料のフォトニック熱接着のためのシステムであって、熱接着材料は、その温度が接着温度まで上昇すると接着を形成する材料特性を有する、システムを提供する。システムは、熱接着材料に少なくともチップと基板との間に接着を形成させるための光パルスを供給するように構成された光源と、少なくとも光パルスを供給する前に、基板を初期温度から上昇温度まで予熱するように構成された予熱器と、を含む。

フォトニック熱接着の間にチップがフラッシュランプの光パルスによって加熱されると、チップと基板との間に配置された熱接着材料（例えば、はんだ）を介してチップから基板の導電性電路へかなりの量の熱流出がある可能性があり、熱流出は、効果的でない熱接着（例えば、はんだ付け）をもたらし得る。有利なことに、予熱器を含むシステムは、チップまたは基板の少なくとも一方に損傷または劣化を引き起こす危険性を低減しながら、より低い強度を有する光パルスでフォトニック熱接着を実行することができるように、熱流出を減らすことができる。

任意選択で、システムは、少なくとも基板を初期温度から基板の損傷温度より低く維持された上昇温度に予熱するステップと、チップに光パルスを印加してチップの温度をチップのピーク損傷温度より低く維持されたパルスピーク温度まで瞬間的に上昇させるステップと、を実行するように構成されたコントローラをさらに含み、チップの瞬間的に上昇したパルスピーク温度は、チップから接着材料への伝導熱の流れを引き起こし、伝導熱は、接着材料を接着温度に到達させてチップと基板との間に接着を形成する。

熱接着材料による接着（例えば、はんだペーストのはんだ付け）を達成するためには、前記熱接着材料内（チップと基板の導電性電路との界面を含む）で特定の接着温度に達する必要がある。熱接着材料の近傍における局所的な熱伝達の結果として、基板が局所的に暖まるだけであり、比較的短い光パルスによって基板への損傷を防ぐことができる。

一例では、チップはＬＥＤを含む。ＬＥＤのようないくつかの構成素子は、高温に敏感な特徴部を含み得る。本明細書に記載のシステムおよび方法は、前記ＬＥＤの損傷および／または劣化の危険性を低減しながら、基板へのＬＥＤのフォトニック熱接着（例えばはんだ付け）を可能にし得る。例えばシリコンチップ、ＳＭＤ構成素子などの他のチップおよび構成素子も可能である。

別の態様によれば、本発明は、通信ネットワークからダウンロード可能であり、および／またはコンピュータ可読および／またはマイクロプロセッサ実行可能媒体に格納されたコンピュータ・プログラム製品を提供し、コンピュータ・プログラム製品は、プロセッサを含むフォトニック熱接着システムによって実行されると本明細書に記載の方法をシステムに実行させるプログラム・コード命令を含む。

本発明は、本発明の方法にしたがって得られたはんだ付けチップを含む基板にさらに関する。

本発明は、添付の図面を参照しながら、そのいくつかの特定の実施形態の説明によってさらに明らかになるであろう。例示的な実施形態は、非限定的な例示として与えられる。詳細な説明は、本発明の可能な実施形態の例を提供するが、本発明の範囲内にある唯一の実施形態を説明するものとして見なされるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲に規定されており、その説明は本発明を制限することなく例示と見なすべきである。

リフロー炉内でのリフローはんだ付け中の異なるプロービング位置に対する温度プロファイルを概略的に示す図である。 フォトニック熱接着中の温度プロファイルを概略的に示す図である。 本発明のシステムを概略的に示す図である。 本発明の方法を概略的に示す図である。 温度プロファイルを概略的に示す図である。 予熱を伴うフォトニック熱接着中の温度プロファイルを概略的に示す図である。 異なるプロービング位置における予熱を伴う温度プロファイルを用いたシミュレーション結果を示す図である。 フォトニック熱接着中の時間に応じて熱接着材料の熱伝導率を用いたシミュレーション結果を示す図である。 フォトニック熱接着中のシリコンチップ内の温度プロファイルを用いたシミュレーション結果を示す図である。 フォトニック熱接着中の銅電路内の温度プロファイルを用いたシミュレーション結果を示す図である。 フォトニック熱接着中の基板内の温度プロファイルを用いたシミュレーション結果を示す図である。 本発明のシステムを概略的に示す図である。 本発明のシステムを概略的に示す図である。

図１は、リフロー炉内でのリフローはんだ付け中の異なるプロービング位置についてプロットされた温度プロファイルを概略的に示している。

温度のプロービング位置は、熱接着材料４が間に配置されたチップ２と基板６の概略図に示されている。１つの熱接着材料４の接合部のみが示されているが、チップは、複数の熱接着材料４の接合部によって基板と接続することができる。この例では、熱接着材料４は、はんだ４であるが、熱接着剤または接着温度に達したときおよび／または十分に長い間維持された場合に接着を形成することができる他の材料などの、他の材料も熱接着材料４として使用することができる。プロットされた温度Ｔｃ、ＴｈｂｍおよびＴｓはそれぞれ、時間に応じてチップ、熱接着材料および基板の温度の指標を与える。

最初に、要素、すなわちチップ２、熱接着材料４および基板６の温度は、初期温度Ｔｉである。この温度は、例えば室温Ｔｉであり得る。要素をリフロー炉に入れて熱Ｈの加熱を開始し、炉内の温度を上昇させることによって、熱接着材料４によって熱接着が得られるまで要素の温度を徐々に上昇させることができる。このために、熱接着材料４の接着温度Ｔｂに達する。さらに、接着を形成することができるように十分な時間が必要とされ得る。はんだ付けの場合、接着温度Ｔｂは、はんだのはんだ接着温度である。この例では、はんだ接着温度Ｔｂは、基板の損傷温度Ｔｄ＿ｓよりも高い。この温度Ｔｄ＿ｓは、十分に長く維持されると、基板６に不可逆的な損傷（本質的な機能性の喪失）または劣化を引き起こし得る。例えば、Ｔｄ＿ｓは、ポリマー基板のガラス転移温度、または基板および／または基板を形成する１つまたは複数の構成成分の溶融もしくは崩壊温度であってよい。これは典型的には、要素が典型的には比較的長時間（１秒以上から数分まで、またはさらに長い時間）加熱されるリフローはんだ付けの場合である。この例ではリフロー炉内の要素の上昇温度よりも高い熱接着材料の損傷温度Ｔｄ＿ｈｂｍも提供される。はんだについては、損傷温度Ｔｄ＿ｈｂｍは、はんだ４についてのはんだガス放出温度に対応していてよい。さらに、この例では、チップ２の損傷温度Ｔｄ＿ｃは、はんだ４によるはんだ付け接着のために必要なリフロー炉内の要素の上昇温度より高い、すなわちはんだ接着温度Ｔｂを超える。

したがって、この例では、基板の温度Ｔｓが基板損傷温度Ｔｄ＿ｓを超えて上昇し、十分に長い（例えば１秒を超える）期間にわたってこの温度を超えて維持されると、基板は損傷Ｄを受ける可能性がある。基板の損傷または劣化をもたらす温度および時間は、とりわけ基板の材料特性に依存する。基板の厚さなどの幾何学的特性も重要であり得る。図１に示すリフローはんだ付けの例では、基板６の損傷温度Ｔｄ＿ｓを炉内で十分に長く超えているので、炉内での長時間の加熱の結果として基板６は損傷Ｄを受ける。典型的には、炉内で暖められている異なる要素（チップ２、熱接着材料４、基板６）についての時間ｔに応じて、温度Ｔｃ、Ｔｈｂｍ、Ｔｓの進行にはほとんどまたは全く違いがない。チップ２、熱接着材料４および基板６の温度はすべて同じ速度で上昇してはんだ接着温度Ｔｂに達する。

その結果、チップ２を基板６にはんだ付けするためにリフロー炉を使用するのは、チップ２および／または基板６の損傷温度がはんだ接着温度Ｔｂより低い場合には、チップ２および基板６から独立して熱接着材料４を加熱する方法がないから、有用ではない場合がある。

図２は、フォトニック熱はんだ付けなどのフォトニック熱接着中の温度プロファイルを概略的に示す。比較的高いエネルギーの光パルスがパルスのみの加熱と共に用いられる。やはり、温度Ｔｃ、Ｔｈｂｍ、およびＴｓはそれぞれ、チップ２、熱接着材料４、および基板６について時間に応じて示されている。温度差が光パルスの過渡的な性質のためにある時点で要素内に存在する可能性があるので、温度は、システムのそれぞれの要素（チップ２、はんだ４、基板６）の面積または体積にわたって平均化され得る。そのような光パルスは、熱Ｈｐを発生させ、要素内にパルスピーク温度を生じさせ得る。この過渡現象は、異なる要素（チップ２、熱接着材料４、基板６）について時間に応じて温度の進行に差を生じさせ得る。フォトニック光パルスの結果として、チップ２は温められ、チップの温度Ｔｃの過渡ピークをもたらす。チップ２から熱接着材料（例えば、はんだ）への熱伝達の結果として、熱接着材料の温度もまた時間に応じてピークを示す。図２に示すように、時間遅延が存在し得る。チップ２の瞬間的に上昇したパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃは、チップ２から接着材料４への伝導熱の流れを引き起こし、伝導熱は、接着材料４を接着温度Ｔｂ以上の温度に到達させ、チップ２と基板６との間に接着を形成する。チップおよび熱接着材料４が加熱される結果、パルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｓが基板６の損傷温度Ｔｄ＿ｓより低いままで、基板６も加熱することができる。チップ２のパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃは、チップ２の損傷温度Ｔｄ＿ｃを超える値まで上昇するが、温度Ｔｃがチップ２の損傷温度Ｔｄ＿ｃを超えて維持される期間が比較的短いために、チップ２は損傷されない場合がある。パルスピーク温度２がチップ２のピーク損傷温度Ｔｐｄ＿ｃ（図示せず）を超える場合、チップ２は損傷する可能性がある。場合によっては、チップ２の初期温度Ｔｉからパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃまでのチップ２の温度差ΔＴｃは、光パルスの間チップ２または基板６の温度が、チップ２のピーク損傷温度Ｔｐｄ＿ｃまたは基板６のピーク損傷温度Ｔｐｄ＿ｓ（図示せず）を超えて上昇するから、チップ２および／または基板６の損傷をもたらし得る。

フォトニック熱接着中に光パルスによってチップ２が加熱されると、チップ２から熱接着材料４を通って基板６の導電性電路へかなりの量の熱流出ＨＤが存在する。熱流出は、フォトニックはんだ付け中のはんだ付け効率を低下させ得る。

その結果、フォトニックはんだ付けを採用することによって、基板温度Ｔｓをはんだ接着温度Ｔｂより低く維持することができるので、リフロー炉の使用に関する上述の問題を解決することができる。しかし、はんだ４がチップ２によって加熱されている間にはんだ４の熱が比較的低温の基板に流れ得るという事実に関して別の問題が起こり得る。したがって、十分なはんだ付け温度Ｔｂを依然として達成することができるようにするために、チップ２は、チップ２に損傷を引き起こす程度に、より多く加熱されなければならない場合がある。

場合によっては、フォトニックはんだ付けを使用して、光パルスを印加することによって熱接着材料にはんだ付け接着を形成させるために最低のパルスピーク温度が必要とされる。しかし、チップの温度を初期温度から最小過渡ピーク温度まで瞬間的に上昇させるためにチップに光パルスを印加すると、チップまたは基板の少なくとも一方を損傷する。

図３は、本発明のシステム１を概略的に示す。図示の実施形態では、チップ２と基板６との間に配置されたはんだ材料４をはんだ付けするためのシステム１は、はんだ材料４をはんだ付けするための光パルス１４を供給するように構成された光源１０（例えばフラッシュランプ）と、少なくとも光パルス１４を供給する前に基板６を初期温度Ｔｉから上昇温度Ｔ２に予熱１２するように構成された予熱器８と、を含む。システム１は、基板６を初期温度Ｔｉから上昇温度Ｔｅまで予熱するステップと、チップ２に光パルス１４を印加してチップ２の温度Ｔｃを上昇温度Ｔｅからパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃまで瞬間的に上昇させるステップと、を実行するように構成されたコントローラ（図示せず）をさらに含み得る。チップ２の瞬間的に増加した過渡的パルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃは、チップ２のはんだ材料４への伝導熱パルスによって、はんだ材料４にチップ２と基板６との間にはんだ接着を形成させる。チップ２および／または基板６は、上昇温度Ｔｅとパルスピーク温度Ｔｐｐとの間の損傷温度Ｔｄ＿ｃ、Ｔｄ＿ｓを有し得る。

フォトニックはんだ付けの前に、はんだ材料４またははんだペースト４を基板接着パッドに堆積させ、チップ２を基板６に配置することができる。その後、フラッシュランプ１０から発生する比較的高強度の光パルス１４を使用して、チップ２および周囲の基板６を照明することができる。一実施形態では、加熱速度は、フラッシュ周波数ならびにパルス幅および強度によって制御することができる。加熱されたチップ２は、接着パッドに堆積したはんだ材料４に熱を伝達して接着を形成することができる。

十分な熱エネルギーを電路およびチップ２からはんだ材料４（またははんだペースト）に伝達して、はんだ接続することができるように流れを活性化して追い出し、はんだ材料を溶融させなければならない。したがって、チップ２と基板６との間のはんだ接続は、光パルス１４を用いてチップ２と基板６との間のはんだ材料４を溶融／焼結することによって達成され、少なくとも基板６は、フォトニックはんだ付け中に基板６への熱流出ＨＤを減少させることができるように、少なくとも光パルス１４の前に予熱される。基板６を上昇温度Ｔｅに予熱することは、フォトニックはんだ付け中の基板への熱流出を減少させるという利点を有する。比較的短時間において、はんだ材料４のはんだ付けに十分な大きさの放射エネルギーで（パルス）光が放射される一方、基板６への損傷は、上記の短時間の間の熱流出を減らすことによって防止される。

光パルス１４は、はんだ付けプロセス、すなわちはんだ付けされていない状態からはんだ付けされた状態への遷移が生じるのに十分な長さであるべきである。典型的には、いったんはんだ付けが達成されると、はんだ材料４はより高い熱伝導率を得ることができる。例えば、ある期間（例えば５ｍｓ）後にはんだ付けが達成される場合、熱エネルギーはチップ２およびはんだ材料４を通って基板６の導電性電路へとより容易に伝導されるから、チップ２を損傷することなく熱エネルギーをチップ２に提供し続けることが可能であり得る。

図示の実施形態では、予熱器８およびフラッシュランプ１０は、基板６の両側に配置されている。他の例示的な実施形態では、基板６が光源のスペクトルに対して少なくとも部分的に透明であれば、アセンブリを裏側から照らすことができる。ＮＩＲ熱源８のような予熱器８は、チップ２を基板６にフォトニック熱接着する間に使用することができ、熱流出ＨＤは、少なくとも基板６を選択的に予熱することによって低減される。

図４は、本発明の方法１００を概略的に示す。チップを基板にはんだ付けするための方法１００は、チップ２と基板６との間にはんだ材料４を提供するステップと、基板６を初期温度Ｔｉから定常状態の上昇温度Ｔｅまで予備加熱１１０するステップと、光パルス１４をチップ２へ印加１２０してチップ２の温度を上昇温度Ｔｅから（過渡的な）パルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃまで瞬間的に上昇させるステップと、を含む。チップ２の瞬間的に上昇したパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃは、はんだ材料４のような熱接着材料４に、チップ２の熱接着はんだ材料４への伝導熱パルスによって、チップ２と基板６との間に１３０ａ（はんだ）接着を形成させる。チップ２および／または基板６はそれぞれ、上昇温度Ｔｅとチップのパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃまたは基板のパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｓとの間に損傷温度Ｔｄ＿ｃ、Ｔｄ＿ｓを有する。

少なくとも基板が予熱されているフォトニックはんだ付けは、熱流出を減らすことができ、したがってチップを局所的に加熱し、最終的にエネルギーの流れまたはチップを基板にはんだ付けするのに必要な流れを下げることができる。有利には、この方法は、チップまたは構成素子を低温可撓性基板／フォイルにはんだ付けするために使用することもできる。基板は、基板の材料の損傷温度Ｔｅまたはガラス転移温度Ｔｇに近いがわずかに低い温度まで予熱器によって加熱することができる。このような条件下でフォトニックはんだ付けを実行すると、チップ２は今や基板の損傷温度Ｔｄ＿ｓまたはガラス転移温度（例えばＴｇ≒１５０℃）に近い開始温度（上昇温度Ｔｅ）からはんだ付けに必要な（過渡的）パルスピーク温度（例えばＴｐｐ≒２５０℃）まで選択的に加熱するだけでよいので、より効果的であり、前者の場合、温度の急上昇は初期温度Ｔｉまたは室温（Ｔｉ≒２０℃）からパルスピーク温度（例えば２５０℃）までである。このようにして、チップ２から基板６または基板６の導電性電路へのそれらの間のはんだ材料４を介した熱流出ＨＤを大幅に減少させることができ、これにより、チップ２および／または基板６の著しい損傷および／または著しい劣化なしにチップ２をはんだ付けすることができる。

図５は、プロットされた温度プロファイルグラフを概略的に示す図である。予熱中、少なくとも基板６は、時間ステップｔ１で初期温度Ｔｉから上昇温度Ｔｅまで加熱される。この例では、時間ステップｔ２で定常状態の上昇温度に達する。時間ステップｔ３において光パルス１４が少なくともチップ２に向けて印加され、チップ２の温度は、定常状態の上昇温度Ｔｅから時間ステップｔ４で到達する過渡パルスピーク温度Ｔｐｐまで瞬間的に上昇する。チップ２の瞬間的に上昇した過渡パルスピーク温度Ｔｐｐは、チップ２のはんだ材料４への伝導熱パルスによって、はんだ材料４にチップ２と基板６との間にはんだ接着を形成させる。チップ２および／または基板６は、定常状態の上昇温度Ｔｅとパルスピーク温度Ｔｐｐとの間の定常状態の損傷温度Ｔｇを有する。比較的短い時間の光パルス１４の結果として、例えば時間ステップｔ５を参照すると、温度はより低い温度に低下し、それにより、チップ２および／または基板６の損傷または劣化を回避することができる。熱接着材料としてはんだペースト４の代わりに熱接着剤４を用いた場合も同様のことが言える。他の種類の熱接着材料４も使用することができる。

フォトニックはんだ付けの間、チップ２は光パルス１４からエネルギーを吸収して暖まり、その結果、特定の時間間隔でチップ２の温度を上昇させることができる。十分なエネルギーが光パルス１４によって生成され、十分なエネルギーフローがある場合、吸収されたエネルギーははんだ材料４に伝達され得る。したがって、はんだ付けは、チップ２からはんだ材料４を介して基板６の導電性電路に伝達される熱によって達成される。このようにして、チップ／構成素子２と基板６の電路との間にはんだ付け接続を達成することができる。はんだ材料４のはんだ付けを達成するために、はんだ材料接合部４を十分に暖める必要がある。しかし、あまりにも多くのエネルギーがチップ／構成素子２に供給されると、チップ２および／または基板６は損傷を受けるかまたは劣化する可能性がある。したがって、はんだ４への熱の流れを依然として十分に発生させながら、光パルス１４によってチップ／構成素子２を通して送られるのに必要とされる閾値エネルギーを減少させるために、適切な予熱を加えることができる。本明細書に記載の予熱１２は、基板６への熱流出ＨＤを著しく減少させることができる。チップ２から基板６へのエネルギーをもたらす熱流出ＨＤは、典型的には、冷たいまたは予熱されていない基板６が使用される場合に大きくなる。そのような場合（予熱なし）、熱流出の結果として、熱接着材料４は接着を形成することができない場合があり、例えばはんだ材料４は、チップ２と基板６との間に接着を形成するように溶融／焼結することができない場合がある。

予熱によって得られる上昇温度Ｔｅは、システム１内の要素に依存する。例えば、ポリアミド基板のような温度に敏感でない基板６の場合、最高約２００℃までの温度を予熱上昇温度Ｔｅとして使用することができる。ＰＥＴ基板はより温度に敏感であると考えることができ、約１００℃から１１０℃までの温度を予熱上昇温度Ｔｅとして使用することができる。ＰＥＴ基板については、１２０℃が分解温度であり得る。このような温度（またはそれ以上）を比較的長時間保持すると、基板６が損傷したり劣化したりする可能性がある。有利には、予熱によって得られる上昇温度Ｔｅは、定常状態の上昇温度Ｔｅであってもよいが、使用済み基板６の閾値温度または分解温度（例えば、ＰＥＴでは１００℃）未満を維持するように選択することができる。例えば、予熱の結果としての上昇温度Ｔｅが１００℃に等しく、はんだ付けをもたらすパルスピーク温度Ｔｐｐが２５０℃に等しい場合、上昇は１５０℃になる一方、予熱がなく、室温（約２０℃）から開始する場合、上昇は２３０℃になるため、光パルス１４による熱接着を得るためにより高いエネルギー（例えば、光パルスの光強度）が要求され得る。温度差勾配をより低くすることができ、したがってエネルギーの流れも予熱を用いることによってより低くすることができる。このようにして、光パルスによって発生したエネルギーを熱接着材料４の接着、すなわち例えばはんだ材料４のはんだ付けのためにより効率的に加えることによって、必要なエネルギーがより小さくされることが可能である。

有利な実施形態では、パルスピーク温度Ｔｐｐは、チップ２（Ｔｐｄ＿ｃ）および／または基板６（Ｔｐｄ＿ｓ）のピーク損傷温度Ｔｐｄよりも小さい。

図６は、少なくとも基板６を初期温度Ｔｉから（予熱）上昇温度Ｔｅまで予熱ＰＨした場合のフォトニック熱接着中の温度プロファイルを概略的に示す。定常状態の上昇温度Ｔｅが例えば１秒以上のある期間後に得られ、チップ２の温度Ｔｃは、光パルス１４を供給することによって、定常状態の上昇温度Ｔｅからチップ２のパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃまで上昇する。光パルス１４は、予熱の結果として、図２に示す光パルス１４と比較して低い強度（エネルギー）を有し得る。このようにして、熱流出ＨＤを低減することができ、比較的高いエネルギーの光パルス１４の結果としてチップ２および／または基板６への損傷の危険性を低減することができる。チップ（Ｔｐｐ＿ｃ）、熱接着材料（Ｔｐｐ＿ｈｂｍ）および基板（Ｔｐｐ＿ｓ）のパルスピーク温度はそれぞれ、チップ（Ｔｐｄ）、熱接着材料（Ｔｐｄ＿ｈｂｍ）および基板（Ｔｐｄ＿ｓ）のピーク損傷温度より低いままである一方、上昇温度Ｔｅはチップ（Ｔｄ＿ｃ）および基板（Ｔｄ＿ｓ）の損傷温度より低いままである。チップ２から熱接着材料４に伝達された熱の結果として熱接着材料のパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｈｂｍは、接着を形成するなどのための熱接着材料の接着温度Ｔｂよりも高い。

いくつかの実施形態では、基板および／またはチップを予熱するステップは、予熱が適用される時間スケールによって、光源によるパルス加熱とは区別され得る。例えば、基板は、上昇温度Ｔｅに達するかまたは上昇温度Ｔｅを超えるまで、１秒以上、数分、またはさらに長い間、赤外線ランプまたは炉などの予熱源にさらされ得る。逆に、例えばフラッシュランプなどの光源によるパルス加熱は、比較的短い時間適用され、例えば１００ミリ秒未満、好ましくは１０ミリ秒未満の間適用され、例えば、図７、９～１１のシミュレーションに示されるように、チップは２ミリ秒の間に急速に加熱される。

有利には、最小上昇温度Ｔｅは、最低上昇温度Ｔｅとして決定することができ、そこからチップ２の温度Ｔｃは、チップ２または基板６のうちの少なくとも一方を損傷することなく熱接着材料４によって接着を形成するために光パルス１４によって瞬間的に上昇させることができる。最低温度は、初期温度Ｔｉよりも高い。最大上昇温度Ｔｅは、チップおよび基板の損傷温度のうちの最小温度によって決定される。上昇温度Ｔｅは、最小上昇温度と最大上昇温度との間で選択することができる。

したがって、一実施形態では、リフロー炉の使用に関する上述の問題は、チップ損傷温度Ｔｄ＿ｃが、はんだ温度Ｔｂよりも高く、同様に基板損傷温度Ｔｓよりも高く、同様に上昇温度Ｔｅ（予熱温度）よりも高い場合に、解決することができる。フォトニックはんだ付けの問題は、基板への熱流出を減らすことによって解決することができる。したがって、フォトニックはんだ付けの間の光パルスは、より低いエネルギーを有することができ、チップ２の最大絶対温度が図２の場合と比較してより低く、特にチップ損傷温度より低くなり得るようにチップ２を加熱することができる。代替的または追加的に、上昇温度（すなわち予熱温度）と最高チップ温度との間の温度「衝撃」または温度差ΔＴを、図２の場合と比較して低くすることができる。代替的または追加的に、基板６に到達する熱エネルギーは、過渡的なものであり、基板６を損傷させるのに十分な時間（ミリ秒）を有さなくてもよい。

図７は、異なるプロービング位置、すなわちチップ２、銅電路および基板６それぞれにおける温度プロファイル３０、３２、３４を用いたシミュレーション結果を示す。フォトニック熱接着（この例ではフォトニックはんだ付け）を開始する前に、要素は、ポイント５０において１００℃の上昇温度Ｔｅまで予熱される。光パルス１４が印加され、その結果、チップ２、銅電路、基板６、およびチップ２と基板６との間に配置されたはんだ材料４の温度が上昇する。チップの温度プロファイル３０は、ピーク５２で最大に達するまで比較的急な増加を示す。銅電路の温度プロファイル３２および基板の温度プロファイル３４もまた、上昇温度Ｔｅから始まるピーク温度５２に達する。この例では、約２ｍｓで光パルス１４の結果としてピーク温度５２に達する。少なくとも基板は、基板の損傷温度Ｔｄ＿ｓを下回りながら、初期室温Ｔｉから上昇温度Ｔｅまで予熱される。光パルスは、チップのピーク損傷温度Ｔｐｄ＿ｃを下回りながら、チップの温度をパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃへ瞬間的に上昇させ得る。チップ２の瞬間的に上昇したパルスピーク温度Ｔｐｐ＿ｃは、チップ２から接着材料４への伝導熱の流れを引き起こし、伝導熱は、接着材料４を接着温度に到達させ、チップ２と基板６との間に接着を形成する。その結果、チップ２を予熱することにより、チップ２および／または基板６を損傷することなく、基板６にはんだ付けすることができる。

図８は、フォトニック熱接着中の時間に応じた熱接着材料の熱伝導率を用いたシミュレーション結果を示す。この例では、熱接着材料ははんだである。グラフ６０、６２、６４は、それぞれ、予熱がなく４．０Ｊ（より高いエネルギー）の光パルスの場合、予熱があり２．６Ｊ（より低いエネルギー）の光パルスの場合、および予熱があり４．０Ｊ（より高いエネルギー）の光パルスの場合、の時間ｔに応じたはんだ４の熱伝導率ｋを与える。グラフ６０、６２、６４を使用して、はんだ４が完全にはんだ付けされているかどうかを判断することができる。この例では、６０Ｗ／ｍＫの熱伝導率ｋのプラトーに達すると、はんだ接合部４は実質的にはんだ付けされるようになる。予熱ありのはんだ付けと予熱なしのはんだ付けを比較すると、予熱が適用されていない場合、システムは、４．０Ｊのパルス・エネルギー（より高いエネルギー）を必要とする一方、１００℃の温度までの予熱を使用した場合、同じチップおよび基板を２．６Ｊのパルス・エネルギー（より低いエネルギー）ではんだ付けすることができることがわかる。また、グラフ６２および６４によって示されるように、１００℃への予熱が採用された場合、チップ２および基板６は４．０Ｊのパルス・エネルギーを使用してもはんだ付けされるが、はんだ付けは２．６Ｊのパルス・エネルギーを用いる場合よりも速く達成される。

図９は、それぞれ、予熱がなく４．０Ｊの光パルスの場合、予熱があり２．６Ｊの光パルスの場合、および予熱があり４．０Ｊの光パルスの場合、のフォトニック熱接着中のチップ２の温度プロファイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃのシミュレーション結果を示す。温度プロファイル３０ａは、室温に対応するポイント５４の初期温度Ｔ１から始まる。この例では、温度プロファイル３０ｂおよび３０ｃは、ポイント５０で１００℃に等しい上昇温度Ｔｅから始まる。約２ｍｓ後、光パルス１４の結果としてピーク温度５２に達する。

図１０は、それぞれ、図９と同様に、予熱がなく４．０Ｊの光パルスの場合、予熱があり２．６Ｊの光パルスの場合、および予熱があり４．０Ｊの光パルスの場合、のフォトニック熱接着中の銅電路の温度プロファイル３２ａ、３２ｂ、３２ｃのシミュレーション結果を示す。

図１１は、それぞれ、図９および図１０と同様に、予熱がなく４．０Ｊの光パルスの場合、予熱があり２．６Ｊの光パルスの場合、および予熱があり４．０Ｊの光パルスの場合、のフォトニック熱接着中の基板の温度プロファイル３４ａ、３４ｂ、３４ｃのシミュレーション結果を示す。予熱を実行することによって、チップからはんだを介した基板の導電性電路への熱流出を減少させることができ、それによって、基板への損傷を防ぎ、依然として基板６へのチップ２のはんだ付けを達成しながら、パルス・エネルギーを減少させることができる（例えば４．０Ｊから２．６Ｊまで）。有利には、熱接着（例えば、はんだ付け）によって接着を形成するなど、はんだ材料４を介して導電性電路に十分なエネルギーを伝達するように、フォトニックはんだ付け中にチップ２を基板６にはんだ付けするのに必要なエネルギー、すなわち、光パルス１４によってチップ２を十分に加熱するのに必要なエネルギーを低減することができる一方、チップ２からはんだ材料４を介した導電性電路への熱流出ＨＤも低減させることができる。その結果、フォトニックはんだ付け中にチップ２および／または基板６を損傷する危険性を低減することができる。さらに、熱接着材料４の近傍での局所的な熱伝達の結果として、基板６が局所的にのみ暖まること、および／または（極めて）短いパルス１４が基板６を損傷することを防ぐことができる。

図１２は、可撓性基板にＬＥＤをフォトニックはんだ付けするためのシステム１を概略的に示す。チップ２は、発光部２ａを有するＬＥＤ２として実装されている。フラッシュ１４は、フォトニックはんだ付けのためにフラッシュランプ１０によって提供される。システム１は、基板６の底側に配置された予熱器８によって予熱される。予熱器は、温度を上昇させるように基板６に熱エネルギーを供給するためのホット・プレートまたは他の手段であり得る。基板６は、外側可撓性フォイル６ｂ（例えばＰＥＴ、ＰＩなど）および導電性電路６ｃを提供する内側金属フォイル６ａ（例えばＣｕ）を含む。有利には、本明細書に記載の方法を採用することによって、例えばＬＥＤの発光部２ａおよび／または外側可撓性フォイル６ｂの損傷を回避することができる。

図１３は、基板６およびチップを移動方向Ａに移動させるためのローラ１８を含むロール・ツー・ロール（Ｒ２Ｒ）供給システムを含むシステム１を概略的に示す。このようにして、フォトニックチップはんだ付けに対するより高い処理速度を達成することができる。チップ２（この例ではＬＥＤモジュール２）のＲ２Ｒはんだ付けの間、基板６はＮＩＲランプ８によって予熱される。従来のホット・プレートまたは他の予熱手段も使用することができる。フラッシュランプ１０は、はんだ付け動作を実行するための光パルス１４を供給する。

本明細書に記載される方法およびシステムはまた、フォトニックはんだ付けを使用することによって、チップ／構成素子２および／またはフォイル／基板６を損傷する危険性を防止または低減しながら、はんだ付けされたチップ／構成素子２を除去するために使用することもできる。例えば、本方法は、部品の清掃（例えばリサイクル）、および／または交換や修理のための不良チップの除去に使用することができる。予熱を採用することによって、熱流出ＨＤを効果的に減少させることができ、その結果、チップ／構成素子２と基板６との間のはんだ接続４を弱めてフォイル／基板６からチップ／構成素子２を除去するために、より低い光パルス・エネルギーを使用することができる。

本明細書では、本発明の実施形態の特定の例を参照しながら本発明を説明する。しかし、特許請求の範囲によって規定される範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を行い得ることは明らかであろう。明瞭さおよび簡潔な説明の目的で、本明細書では特徴は同じまたは別々の実施形態の一部として説明されるが、本発明の範囲は、説明された特徴の全部または一部の組合せを有する実施形態を含み得ることが理解されよう。同様の機能および結果を達成するために、本開示の利益を受ける当業者は、代替的な方法も想定し得る。例えば、予熱器は、組み合わせられてもよく、または１つまたは複数の代替の構成要素に分割されてもよい。説明し図示した実施形態の様々な要素は、構成素子を損傷する危険性を低減する、コストを低減する、生産量を向上させる、効率を向上させるなど、いくつかの利点を提供する。当然のことながら、上記の実施形態またはプロセスのうちの任意の１つを、設計および利点を見出し一致させることにおいてさらなる改善を提供するために、１つまたは複数の他の実施形態またはプロセスと組み合わせることができる。本開示は、チップを基板にはんだ付けするための特定の利点を提供し、一般に、要素を表面にはんだ付けする必要があるあらゆる用途に適用することができることを理解されたい。

特許請求の範囲において、符号は特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。本明細書または添付の特許請求の範囲で使用される場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、排他的または網羅的な意味で解釈されるべきではなく、むしろ包括的な意味で解釈されるべきである。したがって、本明細書で使用される表現「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、任意の請求項に列挙されたものに加えて他の要素またはステップの存在を排除しない。さらに、単語「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」は、「１つだけ」に限定されると解釈されるべきではなく、代わりに「少なくとも１つ」を意味するために使用され、複数を除外しない。具体的または明示的に記載または請求されていない特徴は、その範囲内で本発明の構造に追加的に含まれてもよい。

Claims (12)

1. チップと基板との間に配置された熱接着材料によってチップを基板に接着する方法であって、前記熱接着材料は、その温度が接着温度まで上昇すると接着を形成する材料特性を有し、
   少なくとも前記基板を初期温度から前記基板のガラス転移温度より低く維持された上昇温度に予熱するステップと、
   フラッシュランプによって前記チップに光パルスを印加して前記チップの温度をパルスピーク温度まで瞬間的に上昇させるステップと、
   を備え、
   前記チップの前記瞬間的に上昇したパルスピーク温度は、前記チップから前記接着材料への伝導熱の流れを引き起こし、前記伝導熱は、前記接着材料を前記接着温度に到達させて前記チップと前記基板との間に接着を形成し、
   前記チップから前記基板への前記伝導熱の流れは、前記基板のパルス加熱を引き起こし、前記チップおよび／または前記基板は、１００ｍｓ未満の短期間、前記ガラス転移温度より高い温度に瞬間的に達する、方法。
2. 最低上昇温度によって最小上昇温度を決定するステップであって、前記チップの温度は、前記最低上昇温度から、前記チップまたは前記基板の少なくとも一方を損傷することなく、前記熱接着材料によって接着を形成するために前記光パルスによって瞬間的に上昇させることができ、前記最低上昇温度は初期温度より高い、ステップと、
   前記ガラス転移温度として最大上昇温度を決定するステップと、
   前記最小上昇温度と前記最大上昇温度との間における前記上昇温度を選択するステップと、
   をさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記上昇温度は、少なくとも５０℃である、請求項２に記載の方法。
4. 前記上昇温度は、前記チップまたは前記基板の最低損傷温度よりもセルシウス度で０．５から５０％小さい範囲内である、請求項３に記載の方法。
5. 前記チップの損傷温度は、前記ガラス転移温度より高く、前記チップの前記損傷温度は、１秒よりも長期間にわたって適用された場合に前記チップが本質的な機能を失う原因となる温度として定義される、請求項１に記載の方法。
6. 前記接着温度はそれぞれ、前記チップの損傷温度と前記ガラス転移温度（Ｔｇ）との間にある、請求項１に記載の方法。
7. 前記光パルスが前記基板の少なくとも一部に到達するのを少なくとも部分的に阻止するためのマスクが前記基板の一部の上に配置される、請求項１に記載の方法。
8. 前記予熱は、連続的に行われる、請求項１に記載の方法。
9. 少なくとも前記基板を予熱するように構成された予熱器と、熱接着のために光パルスを供給するように構成された光源とが、前記基板の互いに反対側に配置される、請求項１に記載の方法。
10. 前記基板は可撓性であり、前記方法はロール・ツー・ロール処理を使用して実行され、前記ロール・ツー・ロール処理中に最初に前記予熱が行われ、その後に前記基板への前記チップのフォトニック熱接着が行われる、請求項１に記載の方法。
11. チップと基板との間に配置された熱接着材料のフォトニック熱接着のためのシステムであって、前記熱接着材料は、その温度が接着温度まで上昇すると接着を形成する材料特性を有し、
    前記熱接着材料に少なくとも前記チップと前記基板との間に接着を形成させるための光パルスを供給するように構成されたフラッシュランプと、
    少なくとも前記光パルスを供給する前に、前記基板を初期温度から上昇温度まで予熱するように構成された予熱器と、
    を備え、
    前記チップから前記基板への伝導熱の流れは、前記基板のパルス加熱を引き起こし、前記チップおよび／または前記基板の温度はそれぞれ、１００ｍｓ未満の間、前記チップおよび／または前記基板の損傷温度より高く維持される、システム。
12. 少なくとも前記基板を初期温度から前記基板の損傷温度より低く維持された上昇温度に予熱するステップと、
    前記チップに光パルスを印加して前記チップの温度を前記チップのピーク損傷温度より低く維持されたパルスピーク温度まで瞬間的に上昇させるステップと、
    を実行させるように構成されたコントローラをさらに備え、
    前記チップの前記瞬間的に上昇したパルスピーク温度は、前記チップから前記接着材料への伝導熱の流れを引き起こし、前記伝導熱は、前記接着材料を前記接着温度に到達させて前記チップと前記基板との間に接着を形成する、請求項１１に記載のシステム。

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