专利名称：形成端面电极的方法
技术领域：
本发明涉及形成端面电极的方法，尤其涉及用焊料在其上组装有电子元件如模块组件的衬底的端面上形成端面电极的方法。
图18是用在端面电极的传统形成方法中的主衬底的平面图。主衬底1有多个形成在上面的线性缝隙2。用这些缝隙2，多个矩形模块衬底3形成在主衬底1上，废衬底4形成在周围。在模块衬底3的端面上，相对插入其间的缝隙的废衬底4，多个侧电极5形成在相邻电极5之间的空间中。在模块衬底3上，形成电极布线(未示出)。然后，电子元件(未示出)被安装在模块衬底3上，以使电子元件和电极布线连接在一起以形成电路。为了将以这种方式形成的电路连接到外部电路中，电极布线被连接到形成在模块衬底3的端面上的侧电极5。
与主衬底1相连的呈凸起状的端面电极用焊料形成，并与模块衬底3的侧电极5连接。出于此目的，如图19所示，为了在主衬底1上固定焊料固体，放置固定用夹具6。另外，主衬底1事先用焊剂覆盖。在固定用夹具6中，通孔7形成在与侧电极5对应的位置上，将球形焊料固体8插入通孔7中。在这种状态下通过加热焊料固体8，将其熔化以便顺着侧电极5流下。然后，通过冷却主衬底1，用焊料将端面电极9形成在侧电极5，如图20所示。
通过在形成端面电极9之后剪切主衬底1，获得多个模块组件。此时，去除废衬底4。当将以这种方式获得的模块组件安装到母板上时，端面电极9放置在母板上的电极上，通过回流(reflow)将模块组件连接到母板上。
但在形成端面电极的传统方法中，由于为了将焊料固体设置在形成侧电极的位置上而采用了固定用夹具，如果侧电极的位置和固定用夹具通孔的位置彼此没有完全对应，就会出现在侧电极和焊料固体之间焊料固体位置移动或未接触。因此，可能会出现焊料的端面电极没有形成到侧电极的情况。
在固定用夹具与主衬底叠加的情况下为了熔化，加热焊料固体，因此在大批量的模块组件中需要许多个夹具。此时，会出现固定用夹具的热变形。在热处理期间，焊剂会粘接固定用夹具。当固定用夹具热变形或焊剂粘接时夹具，将不会完整地形成端面电极。
因此，本发明的首要目的是提供一种形成端面电极的方法，其中焊料的端面电极可以完整地形成在侧电极形成的位置上，并且可以不受用于固定焊料固体的夹具的影响。而且，本发明提供一种形成端面电极的方法，其中不采用用于固定焊料固体的夹具、可以在具有保持在精确位置的焊料固体的衬底中进行热处理。
根据本发明用于形成端面电极的方法，包括步骤制备具有缝隙的侧电极衬底，在经过缝隙彼此相对的侧端面之一形成每个侧电极；为了将焊料固体保持在缝隙中设置有侧电极的区域中，将焊料固体压入衬底的缝隙，通过加热衬底以熔化焊料固体在侧电极上形成端面电极，这样端面电极从衬底表面凸出。
在形成端面电极的方法中，部分焊料固体或整个焊料固体可以压入缝隙。
最好至少在其中形成了侧电极的衬底的端面形成孔洞。
在焊料固体挤压入缝隙之后，还最好将焊剂或焊料膏提供到焊料固体挤压到的区域中。
通过将焊料固体挤压入衬底缝隙，焊料固体可以完整地保持在形成侧电极的部分中。因此，通过熔化保持在缝隙中的焊料固体，由凸出于衬底表面的焊料形成的端面电极可以在侧电极中特定地形成。
当将焊料固体压入缝隙中时，只要焊料固体保持与侧电极接触，部分焊料固体或整个焊料固体可以压入缝隙。此时，焊料固体将变形或将基本上保持未变形状态。
通过在其中形成了侧电极的衬底端面形成孔洞，焊料固体可以由孔洞定位。此时，孔洞可以经过缝隙形成在相对于侧电极的部分中。
在焊料固体压入缝隙之后，在熔化焊料固体时通过用焊剂将其覆盖，改善了焊料固体对侧电极的焊接可靠性，使端面电极能够可靠地形成在侧电极中。进一步说，当采用焊料膏代替焊剂时，同时将电子元件安装在衬底上以便被连接到侧电极上，端面电极可以在侧电极中形成。在将焊料固体挤压到孔洞中之后，通过提供焊料膏可以焊接端面电极。将被安装在衬底上的电子元件可以通过焊料膏形成到电极布线。通过采用这种焊料膏，形成端面电极和安装电子元件的两个步骤可以同时进行。这能够减少制造工序的数量和成本。
根据本发明，形成端面电极的方法可以进一步包括步骤制备分布板，在分布板中将用于分配焊料固体的孔设置到相应于形成侧电极部分的位置上；将分布板放置在衬底上；通过分布板上用于分配的孔将焊料固体分配到缝隙中，从上述分布板将焊料固体挤压到缝隙中。
在这种用于形成端面电极的方法中，在将分布板放置在衬底上之后，在分布板的上面用辊子可以进行焊料固体向缝隙中的挤压。
同样，在将分布板放置在衬底上之后，从分布板的上面用平板可以进行将焊料固体压入缝隙。
同样，在将分布板放置在衬底上之后，用具有相应于分布孔的凸起的压板可以将焊料固体压入缝隙，这是通过将凸起插入到分布孔中。
当通过采用辊子或平板将焊料固体压入衬底时，在将焊料固体压入衬底缝隙后，最好将分布板移开，并从焊料固体的上面再一次进行压制作为主要压制。
通过采用具有用于分布焊料固体的孔的分布板，可以将焊料固体分布在衬底的缝隙、形成侧电极的位置。在这种状态下，通过从分布板的上面将焊料固体压入缝隙，可以将焊料固体固定在精确的位置。此后，通过衬底的热处理熔化焊料固体，所以形成了关于衬底的凸出的端面电极。由于将焊料固体压在衬底的精确位置，因此在衬底的热处理过程中不需要用于固定焊料固体的夹具。这消除了由于固定用夹具弯曲而产生的影响等等，使得在形成端面电极的过程中缺陷减少。
用辊子从分布板的上面或用平板可以进行焊料固体向缝隙的挤压。同样，通过采用具有凸出部分的压板也可以将焊料固体压入缝隙，上述凸出部分是通过相应用于分布的孔而形成的，以便将凸出部分插入用于分布的孔中。
当仅从分布板的上面压制不够时，在移开分布板后可以进行主要压制使得焊料固体完全压入缝隙。
根据本发明，通过将焊料固体压入形成在模块衬底上的凹槽处，可以将焊料固体完整地与形成在模块衬底上的侧电极连接。因此，通过熔化焊料固体，一定可以在侧电极上形成端面电极。同样，因为不需要用于固定焊料固体的夹具，焊剂不会附着在夹具上所以不会产生由夹具引起的形成断面电极的缺陷，结果在形成端面电极的过程中提高了产量。
此外，当在将焊料固体压入凹槽处之后通过印刷焊料膏形成端面电极时，可以将用焊料膏将安装在衬底上的电子部件焊接在电极布线上。在这种方法里，通过采用焊料膏，可以同时进行端面电极的形成和电子部件的装配，使生产程序的数量减少、模块组件的成本降低。
根据本发明，在衬底上形成端面电极的过程中，可以在衬底的精确位置将焊料固体压入形成在衬底上的缝隙里。所以，当通过衬底的热处理熔化焊料固体时，不需要用于固定焊料固体的夹具。因此，消除了热处理过程中引起的由于固定用夹具弯曲的影响，防止了在形成端面电极过程中的缺陷。
本发明的这些和其它的目的、特征和效果将参照附图从本发明以下的实施例的详细描述中变得更加明显。
图1是根据本发明在端面电极的形成方法中所用的主衬底的平面图；图2是显示采用分布用夹具将焊料固体分布在图1所示的主衬底的孔洞中的状态的示意图；图3是显示将焊料固体压入其上放置有夹具的主衬底的孔洞中回流(reflow)状态的示意图；图4是显示在侧电极中上由焊料形成的端面电极状态的示意图；图5是显示焊料固体的压制状态的样品的示意图；图6是显示焊料固体的压制状态的另一个样品的示意图；图7是显示焊料固体的压制状态的第三个样品的示意图；图8是显示用在其上的焊料膏印刷压入孔洞的焊料固体的状态的示意图；图9是显示形成在模块衬底上的孔洞的另一个样品的示意图；图10是显示形成在模块衬底上的孔洞的第三个样品的示意图；图11是显示在其上没有孔洞形成的模块衬底的样品的示意图；图12是显示形成在废衬底上的孔洞的样品的示意图；图13是显示形成在废衬底上的孔洞的另一个样品的示意图；图14是显示形成在废衬底上的孔洞的第三个样品的示意图；图15是显示通过模块衬底的孔洞和废衬底的孔洞而形成的缝隙的样品的示意图；图16是显示通过模块衬底的孔洞和废衬底的孔洞而形成的缝隙的另一个样品的示意图；图17是显示通过模块衬底的孔洞和废衬底的孔洞而形成的缝隙的第三个样品的示意图；图18是显示在端面电极的常规形成方法中采用的主衬底的样品的平面图19是显示用常规方法将焊料固体固定在主衬底上的状态的示意图；图20是显示用常规方法在侧电极上用焊料形成端面电极的状态的示意图；图21是将根据本发明端面电极的形成方法应用到主衬底的例子的平面图；图22是显示在图21所示的主衬底上放置起分布作用的夹具来放置焊料固体的状态的示意图；图23是显示用辊子使图22所示的焊料固体的顶端加压的状态的示意图；图24是显示在用辊子将焊料固体压入主衬底后用起压制作用的上平板进行主要压制的状态的示意图；图25是显示在图24所示的主要压制后将焊料固体的顶端覆盖焊剂的状态的示意图；图26是显示通过热处理具有压入其中的焊料固体的主衬底形成端面电极的状态的示意图；图27是显示用起压制作用的上平板压制图22所示的焊料固体顶端的状态的示意图；以及图28是显示用具有凸出部分、起压制作用的上平板压制图22所示的焊料固体顶端的状态的示意图。
图1是表示根据本发明在端面电极的形成方法中采用的主衬底的平面图。提供其上形成有多个线性缝隙12的主衬底10。用这些缝隙12，形成多个矩形模块衬底14并在其周围形成废衬底16。在缝隙12的侧面中在模块衬底14的末端，形成相邻孔洞18间有一定间距的多个半球形孔洞18。在孔洞18中，形成侧电极20以便从它的端面出现孔洞18的一个主要的平面或两个主要平面。在模块衬底14的一个平面上，形成电极布线(没有显示)，电子元件(没有显示)安装在电极布线上以形成多个电路。为了将这样形成的电路与外部电路连接，将电极布线与侧电极20连接。通过剪切这些多个电路，形成多个模块组件。
为了在母板上安装最终获得的模块组件等，用焊料将端面电极形成到侧电极20上。为了那个目的，如图2所示，将球形焊料固体22放置在侧电极20的局部上。此时，采用起分布作用的夹具24，此夹具具有形成在相应侧电极20位置的通孔。通过将焊料固体22分布在分布用的夹具24的通孔24a中，将焊料固体22放置在侧电极20的局部上。此外，因为孔洞18形成在模块衬底14的侧电极20的部分上，所以将焊料固体18放置在孔洞18中。因此，形成在分布用夹具24上的通孔24a不是用于固定焊料固体22，所以足够在侧电极20的附近有充分的尺寸分布焊料固体22。
如图3所示，通过压力工作将放置在侧电极20上的焊料固体22压入缝隙12。例如，通过把主衬底10和焊料固体22夹在平板之间在10kg/point的压力下进行压力工作。通过用这种方法将焊料固体22压入缝隙12，焊料固体22保持与侧电极20接触。接下来，将主衬底10的表面涂上焊剂并在氮气气氛下在220和240℃之间的温度通过回流熔化焊料固体22。在此时，为了防止主衬底10变形，可以沿着除了缝隙12以外的主衬底10和侧电极20放置平板状回流夹具26，如图3所示。
当熔化焊料固体22时，由于焊剂的作用促进了侧电极20的可焊性，所以熔化的焊料粘住侧电极20。如图4所示，在这种状态下，通过冷却焊料，在侧电极上用焊料形成了相对于主衬底10的表面凸起的端面电极28。通过剪切在其上形成有端面电极28的主衬底10将在其上形成有电路的模块衬底分离以获得多个模块组件14。此时，移开废衬底16。当将以这种方式所获得的模块组件安装在母板上时，将端面电极28放置在母板上的电极布线上，通过回流将模块组件的侧电极20与母板的电极布线焊接在一起。
当采用这样一种形成端面电极的方法时，通过压焊料固体22，可以将焊料固体22牢固地与侧电极20连接，因此在侧电极20上一定形成端面电极28。由此在端面电极28的形成过程中可以提高非缺陷率。同样，因为不需要起固定焊料固体22作用的夹具，可以促进成本减少。此外，因为当熔化焊料固体22时不采用起固定焊料固体22作用的夹具，避免了例如由于焊剂粘在夹具上而产生的缺陷。
此外，当将焊料固体22压入缝隙12时，如图5所示，在厚度方向上可以将其压到主衬底10的中间部分，或者可以将其压到主衬底10的底表面，如图6所示。当将焊料固体22压到主衬底10的底表面时，焊料固体22不会变形很多，如图6所示；或者焊料固体可能变形以至于堵住了孔洞18的大部分，如图7所示。以这种方式，不管压制程度和焊料固体22变形存在，只要将焊料固体22与侧电极20保持连接，端面电极28就可以确定地形成。
同样，如图8所示，在将焊料固体22压入主衬底10的缝隙12中后，通过在主衬底10的一个表面上涂焊料膏30可以形成端面电极28直至熔化焊料固体22。在这种情况下，当通过焊料膏30提高了侧电极20和熔化的焊料固体22之间的可焊接性时，可以将安装在模块衬底14上的电子部件焊接到电极布线上。于是，通过采用焊料膏30取代焊剂，端面电极28的形成和电子部件的安装可以同时进行。此外，最好将焊料固体22变形以堵住孔洞18。
形成在模块衬底14上的孔洞18的形状不仅可以是如图2所示的半圆形而且也可以是图9所示的矩形或如图10所示的三角形。以这种方式，只要焊料固体22能固定在侧电极20的某一部分上，就可以任意改变形成在模块衬底14上的孔洞18的形状。同样，如图11所示，可以不形成孔洞18。在这种情况下，虽然需要防止焊料固体位置的移动，但就象在具有孔洞18的主衬底10的情况下，当将焊料固体22压入缝隙12中时，就可以安全地形成端面电极28。
此外，为了进一步提高焊料固体22定位方面的准确性，如图12所示，在与孔洞18相对的废衬底16上可以形成半圆形的孔洞32。通过以这种方式在废衬底16上也形成孔洞32，与在模块衬底14中的孔洞18配合可以提高固定焊料固体22的准确性。在废衬底16上，孔洞32当然可以是如图13所示的矩形或如图14所示的三角形。
此外，缝隙并不限定是线性的；它可以通过模块衬底14的孔洞18和废衬底16的孔洞32来形成。也就是说，如图15所示，可以在模块衬底14和废衬底16之间形成两个孔洞18和32，除了孔洞18和32部分，模块衬底14可以紧紧地粘在废衬底16上。在这种情况下，也可以挤压焊料固体22与形成在孔洞18局部上的侧电极20接触。在废衬底16上的孔洞32的形状也可以是如图15所示的半圆形，并可以是图16所示的矩形或如图17所示的三角形。在图15到17中，可以不在模块衬底14和废衬底16之间形成裂缝。在这种情况下，通过最终切割两个孔洞18和32之间的主衬底10，可以获得模件部分。
此外，只要能压入孔洞18中，焊料固体22不仅可以是球形而且可以是例如柱形、圆锥形、半球形、棱柱形、锥体形和T形中的任何一种形状。焊料固体22的材料可以是任何金属合成物例如SnPb、SnAg、SnCu、SnSb、SnBi、SnZn和SnAgCu，而且焊料固体可以是在其上覆盖的一种材料。
图21是根据本发明在形成端面电极的方法中所采用的主衬底样品的平面图。在主衬底110上，沿着所要求的模块衬底的外部形状形成了多个直线缝隙112。通过这些缝隙112，形成多个矩形模块衬底114，并且在模块衬底114的外围形成了废衬底116。例如，主衬底110可以有0.7mm的厚度以及缝隙112可以有0.85mm的尺寸。
在缝隙112的侧面中的模块衬底114的一个端面，形成多个半园形的凹槽118，用在其间的缝隙112分离。例如，凹槽118的直径可以是0.7mm。凹槽118设置有侧电极120，形成侧电极以便从端面出现一个主要的表面或两个主要的表面。在模块衬底114的一个表面上，形成电极布线(没有显示)，以便将多个电子元件(没有显示)安装在电极布线上以形成多个电路。于是，为了将所形成的电路与外部电路连接，将电极布线连接到侧电极120上。通过剪切这些多个电路，就形成多个模块组件。
为了将最终获得的模块组件安装在母板等上，用焊料在侧电极120上形成端面电极。对于这个端面，如图22所示，例如将直径为1.1mm的球形焊料固体122放置在侧电极120的局部上。在此时，将具有起分布作用的孔124a的分布板124放置在主衬底110上，孔124a形成在在相应于侧电极120的位置上。例如形成直径为1.5mm的起分布作用的孔124a。通过将焊料固体122分布在分布板124的起分布作用的孔124a中，焊料固体122放置在侧电极120的局部上。
在分布板124放置在主衬底110上的状态下，如图23所示，辊子126沿一个方向移动或在其上前后移动，因而将焊料固体122压入主衬底110的缝隙112中。为了通过辊子126将焊料固体122压入缝隙112中，焊料固体122从分布板124的上部凸出是必要的。因此，例如采用厚度为0.3mm的分布板。
作为辊子126，例如采用直径为40mm的由不锈钢制成的手动辊子并由操作者移动。为了防止在此时主衬底110的损坏，将起压制作用的下板128放置在主衬底110的底表面上。此外，当焊料固体122的数量很大时，提供到一个焊料固体122上的压力变得较小以至于焊料固体122不能完全压入主衬底110中；然而，这些焊料固体能某种程度地压入，所以焊料固体122不能在主衬底110的缝隙112内移动。挤压焊料固体122的程度可以通过设定辊子126移动的次数来调节。
接下来，如图24所示，在移去分布板124后，通过采用起压制作用的、在其上施加机械压力的上平板130，在焊料固体122上进行主要压制。例如，通过在每个焊料固体上施加98N的压力进行主要压制。通过主要压制，用焊料固体122填满缝隙112以堵住主衬底110的缝隙112。
在焊料固体122填满主衬底110的缝隙112后，如图25所示，焊剂132覆盖了焊料固体122，通过加热熔化了焊料固体以便粘住侧电极120。此时，最好将起防止弯曲作用的夹具134放置在主衬底110的底表面上以便此时在主衬底110上不产生弯曲。在起防止弯曲作用的夹具134上，凹槽136形成在相应于主衬底110的缝隙112的位置上，所以熔化的焊料不会粘在起防止弯曲作用的夹具134上。如图26所示，当熔化的焊料固体粘在侧电极120上时，通过冷却焊料，形成的端面电极138从主衬底110的底表面凸起。
在具有在其上形成有端面电极138的主衬底110上，安装电子元件例如ICs，将其依次切断以将其分成模块衬底114和废衬底116，由此获得了多个模块组件。在此时，移开废衬底116。当将模块组件固定在母板等上时，将端面电极138放置在母板的电极布线上，并用回流工艺将模块组件的侧电极120和母板的电极布线焊接在一起。
当采用这样一种端面电极的形成方法时，因为用辊子126将焊料固体122从分布板124的上面压入缝隙112，可以在预定的位置将焊料固体122有把握地压入。因此，当通过热处理形成端面电极138时，不需要起固定焊料固体122作用的夹具。此外，因为在预定的位置将焊料固体压入，所以在位置不移动的情况下可以有把握地在侧电极的局部形成端面电极138。
当从分布板的上面将焊料固体122压入时，如图27所示，通过采用起压制作用的上平板130，压力可以机械地施加在那里。在这种情况下，压力可以均匀地施加在整个焊料固体122上，所以操作可以在很短的时间内进行。因为在这种情况下由于分布板124的厚度焊料固体122在主衬底110上凸起，所以在移开分布板124后，进行主要压制。当采用上面所提到的辊子126或起压制作用的上平板130时，只要在热处理期间熔化的焊料固体粘住侧电极120，就没有必要进行主要压制。
此外，如图28所示，可以采用起压制作用的具有在其上形成的凸出部分140的上板130。凸出部分140形成在相应于分布板124的起分布作用的孔124a的位置。通过压制可以将焊料固体122压入缝隙112以将凸出部分插入分布板124的起分布作用的孔124a中。对于这种情况在不进行主要压制，焊料固体122可以完全压入缝隙112中。在此时，例如每个焊料固体122在98N的压力下进行压制。
当采用起压制作用的、在其上具有形成的凸出部分140的上板130时，没有必要使焊料固体122在分布板124上凸起，所以可以放松与主衬底110的厚度、焊料固体122的直径和分布板124的厚度有关的限制。
通过以这种方式从分布板的上面压焊料固体122，焊料固体可以在精确的位置压入主衬底110。因此，在主衬底110中的精确的位置可以形成端面电极138。所以，可以防止端面电极138的位置移动，因此提高了产量。同样，因为在焊料固体122压入缝隙112的状态下进行热处理，不需要起固定焊料固体作用的夹具，所以消除了由于起固定作用的夹具的热变形的影响，减少了在形成端面电极138的过程中所产生的缺陷。
此外，在主衬底110上形成半圆形凹槽118；但这样的凹槽并不是必须的。也就是说，即使对于相对形成在主衬底110上的直线缝隙112、以规则的间距所形成的侧电极120，用分布板可以将焊料固体122分布在精确的位置。此外，在废衬底116的侧面上，可以形成凹槽118。如上所述，通过在模块衬底114或废衬底116的侧面上形成凹槽，可以提高焊料固体122的稳定性。凹槽的形状并不限于半圆形；也可以采用其它形状，例如三角形和矩形。
权利要求
1.一种形成端面电极的方法，包括步骤制备一个具有缝隙的衬底，该缝隙带有侧电极，每个侧电极形成在侧端部之一，该侧端部通过缝隙彼此相对；为了将焊料固体保持在缝隙内设置有侧电极的区域中，将焊料固体压入衬底的缝隙内；以及通过加热衬底以熔化焊料固体，在侧电极上形成端面电极，端面电极从衬底表面凸起。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于挤压焊料固体的步骤包括挤压焊料固体一部分和整个焊料固体之一。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于孔洞至少形成在其中形成有侧电极的衬底的端面上。
4.根据权利要求1的方法，进一步包括在将焊料固体压入缝隙后、将焊剂和焊料膏中的一种提供到压入焊料固体的区域中的步骤。
5.根据权利要求1的方法，进一步包括步骤制备分布板，在分布板中相应于侧电极形成的位置提供有起分布焊料固体作用的孔；将分布板放置在衬底上；通过分布板的起分布作用的孔将焊料固体分布在缝隙内；以及从分布板的上面将焊料固体压入缝隙内。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于在将分布板放置在衬底上后，从分布板的上面用辊子将焊料固体压入缝隙。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于在将分布板放置在衬底上后，从分布板的上面用平板将焊料固体压入缝隙。
8.根据权利要求5的方法，其特征在于在将分布板放置在衬底上后，用具有相应于起分布作用的孔的凸出部分的压板，通过将凸出部分插入起分布作用的孔，将焊料固体用压板压入缝隙。
9.根据权利要求6的方法，进一步包括步骤在将焊料固体压入衬底的缝隙后，移开分布板；以及从上述焊料固体的上面再一次挤压焊料固体作为主要压制。
全文摘要
这里提供了一种形成端面电极的方法,其中,采用焊料、端面电极可以安全地形成在侧电极形成的位置,而且其形成不受起固定焊料固体作用的夹具的影响。通过在主衬底上形成线性缝隙,形成模块衬底和废衬底。在模块衬底缝隙的侧端上,形成侧电极。将焊料固体压入缝隙部分,在此部分侧电极形成并且放置回流夹具。用焊剂覆盖焊料固体的表面,通过加热熔化焊料固体以在侧电极上形成从衬底表面凸起的端面电极。
文档编号H05K3/00GK1344019SQ0113570
公开日2002年4月10日 申请日期2001年9月21日 优先权日2000年9月21日
发明者毛利浩明, 芝田静司 申请人:株式会社村田制作所