JP2014049646A - Part mounting method and part mounting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、部品実装方法および部品実装システムに関する。さらに詳しくは、各種電子部品を電子機器の回路基板等の基板に実装するための部品実装方法および部品実装システムに関する。 The present invention relates to a component mounting method and a component mounting system. More specifically, the present invention relates to a component mounting method and a component mounting system for mounting various electronic components on a substrate such as a circuit board of an electronic device.
従来、半導体チップ等の電子部品を回路基板等の基板と接続して構成される部品実装構造体においては、それぞれの電極同士を半田接合することで、電子部品と回路基板とを電気的および機械的に接続している。しかしながら、半田接合は、電極同士の電気的な接続を主な目的としており、機械的な接合強度は、例えば溶接等に比べて小さい。このため、電子部品と回路基板との間に熱硬化性樹脂を含む接着剤を供与する等して樹脂補強部を形成し、これにより半田接合部を補強することが行われている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a component mounting structure configured by connecting an electronic component such as a semiconductor chip to a substrate such as a circuit board, the electronic component and the circuit board are electrically and mechanically bonded by soldering each electrode. Connected. However, solder bonding is mainly intended for electrical connection between electrodes, and the mechanical bonding strength is smaller than that of, for example, welding. For this reason, a resin reinforcing part is formed by providing an adhesive containing a thermosetting resin between the electronic component and the circuit board, thereby reinforcing the solder joint part.
そして、このような場合には、半田の粉末を接着剤に混入して、例えばペースト状にしたもの(以下、半田−樹脂混合物という)を、電子部品と回路基板の対応する電極間に供給することも行われている、(例えば、特許文献1参照)。これにより、電極同士の半田接合と、接着剤による半田接合部の樹脂補強とを同時に行うことが可能となる。ここで、特許文献1においては、半田粉末の溶融温度を、接着剤に含まれた熱硬化性樹脂のガラス転移温度よりも低い温度に設定することで、樹脂補強部と、電子部品または回路基板の接合面との間に働く熱応力を抑えている。 In such a case, a solder powder mixed in an adhesive, for example, a paste (hereinafter referred to as a solder-resin mixture) is supplied between the corresponding electrodes of the electronic component and the circuit board. (For example, refer to Patent Document 1). This makes it possible to simultaneously perform solder bonding between the electrodes and resin reinforcement of the solder bonding portion with an adhesive. Here, in Patent Document 1, by setting the melting temperature of the solder powder to a temperature lower than the glass transition temperature of the thermosetting resin contained in the adhesive, the resin reinforcing portion, the electronic component, or the circuit board The thermal stress acting between the joint surfaces of the two is suppressed.
ところが、特許文献1のように、電極端子の接合に比較的融点の低い半田を使用すると、電子部品を回路基板に接合した後にさらにリフロー工程等の再加熱工程を行うような場合には、半田接合部が再溶融しやすくなる。これにより、電子部品と回路基板との間の接続信頼性が低下することがある。 However, as described in Patent Document 1, when solder having a relatively low melting point is used for joining electrode terminals, soldering is performed when a reheating process such as a reflow process is further performed after the electronic component is joined to the circuit board. The joint becomes easy to remelt. Thereby, the connection reliability between an electronic component and a circuit board may fall.
これを避けるために、特許文献2では、上述した半田−樹脂混合物にCu粒子等の高融点の金属粒子を混入させることで、半田とCuとの金属間化合物を生成し、これにより、半田接合部の再溶融温度を高くすることを提案している。
In order to avoid this, in
しかしながら、上述したような半田とCuとの金属間化合物の生成により半田接合部の再溶融温度を十分に高めるためには、Cu粒子と半田との接触面積を大きくするために、比較的多量のCu粒子を半田−樹脂混合物に含ませる必要がある。 However, in order to sufficiently increase the remelting temperature of the solder joint portion by generating the intermetallic compound of solder and Cu as described above, a relatively large amount is required to increase the contact area between the Cu particles and the solder. It is necessary to include Cu particles in the solder-resin mixture.
図17に示すように、熱圧着により電子部品12Aの電極16Aと、対応する回路基板14Aの電極18Aとを接合するような場合には、対応電極同士を接触させるように電子部品と回路基板とが所定の圧力で互いに押し付けられる。したがって、熱圧着による半田接合では、半田48が溶融した溶融半田49を電極間で収容するスペースは小さくなる。このため、Cu粒子46を半田−樹脂混合物に含ませると、電極間のスペースから溢れ出た溶融半田49がCu粒子46を伝わって、隣接する電極まで濡れ拡がってしまうことがある。その結果、隣接する電極同士の距離が小さいような場合には、それらの電極の間で短絡が発生し、電子部品と回路基板との接続信頼性が低下する。
As shown in FIG. 17, when the
そこで、本発明は、熱圧着により、比較的低融点の半田を使用して、電子部品と回路基板の電極同士を接合した場合にも、再溶融温度が十分に高い接合部を形成することができるとともに、隣接する電極同士の短絡を防止することができ、電子部品と回路基板との接続信頼性を向上させることができる、電子部品実装方法、および電子部品実装システムを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention can form a joint portion having a sufficiently high remelting temperature even when the electrodes of the electronic component and the circuit board are joined by thermocompression bonding using a solder having a relatively low melting point. An object of the present invention is to provide an electronic component mounting method and an electronic component mounting system capable of preventing a short circuit between adjacent electrodes and improving the connection reliability between the electronic component and the circuit board. Yes.
本発明の部品実装方法は、複数の第1電極を有する第1対象物を準備する工程、
前記複数の第1電極と対応する、複数の第2電極を有する、電子部品としての第2対象物を準備する工程、
粒状物と、熱硬化性樹脂と、を含み、前記粒状物が、第1金属を含むコアと、前記コアの表面を覆うとともに、前記第1金属より融点の低い第2金属を含む半田層とを含み、前記第1金属が、前記半田層と接触しており、前記第1金属と前記第2金属とが金属間化合物を形成可能である樹脂−半田混合物を、前記第1電極に供給する工程、
前記第2対象物を、前記複数の第2電極がそれぞれ対応する前記第1電極に前記半田−樹脂混合物を介して着地するように、前記第1対象物に搭載する工程、
前記複数の第2電極と、対応する前記第1電極とを熱圧着して、前記第1金属および前記第2金属を含む接合部を形成する工程、および
前記接合部を加熱することにより、前記接合部で前記第1金属と前記第2金属との相互拡散により金属間化合物の生成を促進するとともに、前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程、
を含む。
The component mounting method of the present invention includes a step of preparing a first object having a plurality of first electrodes,
Preparing a second object as an electronic component having a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes;
A solder layer including a granular material and a thermosetting resin, wherein the granular material covers a core including a first metal, and a second metal having a melting point lower than that of the first metal. And supplying the first electrode with a resin-solder mixture in which the first metal is in contact with the solder layer and the first metal and the second metal can form an intermetallic compound. Process,
Mounting the second object on the first object such that the plurality of second electrodes respectively land on the corresponding first electrode via the solder-resin mixture;
Thermocompression bonding the plurality of second electrodes and the corresponding first electrode to form a joint including the first metal and the second metal, and heating the joint, A step of accelerating the formation of an intermetallic compound by mutual diffusion of the first metal and the second metal at the joint, and curing the thermosetting resin;
including.
また、本発明の部品実装システムは、複数の第1電極を有する第1対象物を保持する保持ユニットと、
粒状物および熱硬化性樹脂を含み、前記粒状物が、第1金属を含むコアと、前記コアの表面を覆うとともに、前記第1金属より融点の低い第2金属を含む半田層とを含み、前記第1金属が、前記半田層と接触しており、前記第1金属と前記第2金属とが金属間化合物を形成可能である半田−樹脂混合物を、前記第1電極に供給する混合物供給ユニットと、
前記複数の第1電極と対応する、複数の第2電極を有する、電子部品としての第2対象物を保持し、前記複数の第2電極がそれぞれ対応する前記第1電極に前記半田−樹脂混合物を介して着地するように、前記第2対象物を前記第1対象物に搭載する搭載ユニットと、を含み、
前記搭載ユニットが、前記第2対象物を前記第1対象物に向かって押圧するとともに、前記第2対象物を加熱することにより、前記複数の第2電極と、対応する前記第1電極とを熱圧着して、前記第1金属および前記第2金属を含む接合部を形成し、前記接合部をさらに加熱することにより、前記接合部で前記第1金属と前記第2金属との相互拡散により金属間化合物の生成を促進し、かつ前記熱硬化性樹脂を硬化させる。
The component mounting system of the present invention includes a holding unit that holds a first object having a plurality of first electrodes,
Including a granular material and a thermosetting resin, wherein the granular material includes a core including a first metal, and a solder layer covering a surface of the core and including a second metal having a lower melting point than the first metal, A mixture supply unit that supplies the first electrode with a solder-resin mixture in which the first metal is in contact with the solder layer and the first metal and the second metal can form an intermetallic compound. When,
The second object as an electronic component having a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes is held, and the solder-resin mixture to the first electrode corresponding to each of the plurality of second electrodes. A mounting unit for mounting the second object on the first object so as to land via
While the mounting unit presses the second object toward the first object and heats the second object, the plurality of second electrodes and the corresponding first electrode By thermocompression bonding, a joint portion including the first metal and the second metal is formed, and the joint portion is further heated, thereby causing mutual diffusion of the first metal and the second metal at the joint portion. The formation of intermetallic compounds is promoted and the thermosetting resin is cured.
さらに、本発明の部品実装システムは、複数の第1電極を有する第1対象物を保持する保持ユニットと、
粒状物および熱硬化性樹脂を含み、前記粒状物が、第1金属を含むコアと、前記コアの表面を覆うとともに、前記第1金属より融点の低い第2金属を含む半田層とを含み、前記第1金属が、前記半田層と接触しており、前記第1金属と前記第2金属とが金属間化合物を形成可能である半田−樹脂混合物を、前記第1電極に供給する混合物供給ユニットと、
前記複数の第1電極と対応する、複数の第2電極を有する、電子部品としての第2対象物を保持し、前記複数の第2電極がそれぞれ対応する前記第1電極に前記半田−樹脂混合物を介して着地するように、前記第2対象物を前記第1対象物に搭載し、前記第2対象物を前記第1対象物に向かって押圧するとともに、前記第2対象物を加熱することにより、前記複数の第2電極と、対応する前記第1電極とを熱圧着して、前記第1金属および前記第2金属を含む接合部を形成する搭載ユニットと、
前記第1対象物に搭載された前記第2対象物を収納または保持した状態で、前記接合部をさらに加熱することにより、前記接合部で前記第1金属と前記第2金属との相互拡散により金属間化合物の生成を促進するとともに、前記熱硬化性樹脂を硬化させる後加熱ユニット、とを含む。
Furthermore, the component mounting system of the present invention includes a holding unit that holds a first object having a plurality of first electrodes,
Including a granular material and a thermosetting resin, wherein the granular material includes a core including a first metal, and a solder layer covering a surface of the core and including a second metal having a lower melting point than the first metal, A mixture supply unit that supplies the first electrode with a solder-resin mixture in which the first metal is in contact with the solder layer and the first metal and the second metal can form an intermetallic compound. When,
The second object as an electronic component having a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes is held, and the solder-resin mixture to the first electrode corresponding to each of the plurality of second electrodes. The second object is mounted on the first object so as to land via the first object, the second object is pressed toward the first object, and the second object is heated. By mounting the plurality of second electrodes and the corresponding first electrode by thermocompression bonding, a mounting unit that forms a joint including the first metal and the second metal,
By further heating the joint in a state where the second object mounted on the first object is stored or held, the first metal and the second metal are interdiffused at the joint. And a post-heating unit that accelerates generation of the intermetallic compound and cures the thermosetting resin.
本発明によれば、熱圧着により、比較的低融点の半田を使用して、電子部品と回路基板の電極同士を接合した場合にも、再溶融温度が十分に高い接合部を形成することができるとともに、隣接する電極同士の短絡を防止することができ、電子部品と回路基板との接続信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to form a joint portion having a sufficiently high remelting temperature even when the electronic component and the circuit board electrodes are joined to each other by thermocompression bonding using a solder having a relatively low melting point. In addition, the adjacent electrodes can be prevented from being short-circuited, and the connection reliability between the electronic component and the circuit board can be improved.
本発明は、複数の第1電極を有する第1対象物を準備する工程、複数の第1電極と対応する、複数の第2電極を有する、電子部品としての第2対象物を準備する工程、粒状物と、熱硬化性樹脂と、を含み、粒状物が、第1金属を含むコアと、コアの表面を覆うとともに、第1金属より融点の低い第2金属を含む半田層とを含み、第1金属が、半田層と接触しており、第1金属と第2金属とが金属間化合物を形成可能である半田−樹脂混合物を、第1電極に供給する工程、第2対象物を、複数の第2電極がそれぞれ対応する第1電極に半田−樹脂混合物を介して着地するように、第1対象物に搭載する工程、複数の第2電極と、対応する第1電極とを熱圧着して、第1金属および第2金属を含む接合部を形成する工程、および、接合部を加熱することにより、接合部で第1金属と第2金属との相互拡散により金属間化合物の生成を促進するとともに、熱硬化性樹脂を硬化させる工程、を含む。ここで、電子部品は、例えば、ICチップ(ベアチップ)、パッケージ、電子部品モジュール、およびチップ部品等の各種電子部品を含む。半田−樹脂混合物は、ペースト状や、半硬化状(Bステージ)およびフィルム状でもよい。 The present invention provides a step of preparing a first object having a plurality of first electrodes, a step of preparing a second object as an electronic component having a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes, Including a granular material and a thermosetting resin, wherein the granular material includes a core including a first metal, and a solder layer that covers the surface of the core and includes a second metal having a lower melting point than the first metal, Supplying a solder-resin mixture in which the first metal is in contact with the solder layer and the first metal and the second metal can form an intermetallic compound to the first electrode; The step of mounting on the first object such that the plurality of second electrodes land on the corresponding first electrodes via the solder-resin mixture, and the plurality of second electrodes and the corresponding first electrodes are thermocompression bonded. And forming the joint including the first metal and the second metal, and heating the joint It allows along with promoting the formation of intermetallic compounds by mutual diffusion between the first metal and the second metal at the junction, curing the thermosetting resin. Here, the electronic component includes, for example, various electronic components such as an IC chip (bare chip), a package, an electronic component module, and a chip component. The solder-resin mixture may be pasty, semi-cured (B stage), and film.
上述のように、本発明においては、半田−樹脂混合物に含まれる粒状物が半田層と接触する第1金属を含むコアを有し、そのコアの表面を覆うように、第2金属(半田、あるいは半田合金)を含む半田層が形成されている。その結果、第1金属と第2金属との接触面積を大きくすることができ、接合部における、比較的高融点の第1金属と、第2金属との金属間化合物の生成量を多くすることができる。これにより、接合部の再溶融温度を、元の第2金属の融点よりも高くすることが容易となり、電子部品と基板との接続信頼性を向上させることができる。 As described above, in the present invention, the granular material contained in the solder-resin mixture has a core containing the first metal that comes into contact with the solder layer, and the second metal (solder, Alternatively, a solder layer containing a solder alloy) is formed. As a result, the contact area between the first metal and the second metal can be increased, and the amount of intermetallic compound produced between the first metal having a relatively high melting point and the second metal at the joint is increased. Can do. Thereby, it becomes easy to make the remelting temperature of a junction part higher than melting | fusing point of the original 2nd metal, and the connection reliability of an electronic component and a board | substrate can be improved.
以上の結果、例えば図17に示すように、単に第1金属の粒子(46)を半田−樹脂混合物に含ませた場合と比較すると、十分な量の金属間化合物を生成することで接合部の再溶融温度を所望の温度まで高めるために必要とされる第1金属の粒子の含有量を小さくすることができる。その結果、対応する電極間のスペースから溢れ出た溶融半田(49)が、多量に存在する第1金属の粒子(46)を伝わって、隣接する電極の間で濡れ拡がるのを防止することができる。したがって、隣接する電極間で短絡が発生するのを防止することができ、電子部品と基板との接続信頼性を向上させることができる。 As a result of the above, for example, as shown in FIG. 17, compared to the case where the first metal particles (46) are simply included in the solder-resin mixture, a sufficient amount of intermetallic compound is produced to produce the joint portion. The content of the first metal particles required for raising the remelting temperature to a desired temperature can be reduced. As a result, it is possible to prevent the molten solder (49) overflowing from the space between the corresponding electrodes from being transmitted through the first metal particles (46) present in large quantities and spreading out between the adjacent electrodes. it can. Therefore, it is possible to prevent a short circuit from occurring between adjacent electrodes, and to improve the connection reliability between the electronic component and the substrate.
さらに、半田も、粒状物の表層の半田層に含まれた状態で供給されるために、その供給量を必要十分な量に抑えることが容易となる。そして、粒状物のコアが比較的融点の高い第1金属を含んでいるので、対応電極は、間に挟まれた粒状物のコアの原形をほぼ保ったままで、互いに熱圧着される。その結果、一定のギャップを確保した状態で対応電極が互いに熱圧着されるので、対応電極間のスペースから溢れ出る溶融半田の量を抑えることができる。したがって、隣接する電極間で短絡が発生するのをより効果的に防止することができる。 Furthermore, since the solder is also supplied in a state of being included in the solder layer on the surface of the granular material, it is easy to suppress the supply amount to a necessary and sufficient amount. And since the core of a granular material contains the 1st metal with comparatively high melting | fusing point, a corresponding | compatible electrode is mutually thermocompression bonded, maintaining the original shape of the core of the granular material pinched | interposed. As a result, since the corresponding electrodes are thermocompression bonded to each other with a certain gap secured, it is possible to suppress the amount of molten solder overflowing from the space between the corresponding electrodes. Therefore, it is possible to more effectively prevent a short circuit from occurring between adjacent electrodes.
本発明の他の形態においては、コアが樹脂粒子を含み、第1金属は、樹脂粒子と半田層との間に介在されている。コアに樹脂粒子を含ませることで、対応電極を互いに熱圧着するときに、コアを潰れにくくすることができる。これにより、対応電極間に所望のギャップを確保することが容易となり、例えば、設計通りの信号の電送線路長を確保することが容易となる。なお、この形態は、コアの中心に樹脂粒子があり、その樹脂粒子の表面の全てを第1金属の層で覆う場合を含む。これにより、第1金属の含有量を少なくしても、第1金属と半田層との接触面積を最大限に大きくすることができ、接合部の再溶融温度を十分に高めることができる。また、樹脂粒子に安価な材料を使用することでコストを低減することができる。なお、樹脂粒子の表面の全てが第1金属の層で覆われることは必須では無く、樹脂粒子の表面の一部分が直接半田層と接触していてもよい。 In another embodiment of the present invention, the core includes resin particles, and the first metal is interposed between the resin particles and the solder layer. By including the resin particles in the core, the core can be made difficult to be crushed when the corresponding electrodes are thermocompression bonded to each other. Thereby, it becomes easy to secure a desired gap between corresponding electrodes, and for example, it becomes easy to secure a transmission line length of a signal as designed. In addition, this form includes the case where the resin particle is in the center of the core and the entire surface of the resin particle is covered with the first metal layer. Accordingly, even if the content of the first metal is reduced, the contact area between the first metal and the solder layer can be maximized, and the remelting temperature of the joint can be sufficiently increased. Moreover, cost can be reduced by using an inexpensive material for the resin particles. It is not essential that the entire surface of the resin particle is covered with the first metal layer, and a part of the surface of the resin particle may be in direct contact with the solder layer.
粒状物の平均粒子径(体積粒度分布における累積体積50%における粒子径、以下同様である)は、2〜100μmであるのが好ましく、半田層の厚みは、0.1〜10μmであるのが好ましい。粒状物の平均粒子径、および半田層の厚みがこのような範囲であれば、半田層の厚みが比較的薄いために、接合部に含まれる半田のほとんどすべてを金属間化合物にすることも容易となる。その結果、接合部の再溶融温度を十分に上げることが容易となる。また、対応電極間に一定以上のギャップを確保することが容易となるとともに、半田の供給量が抑えられるので、隣接する電極間で短絡が発生するのをより効果的に防止することができる。 The average particle size (particle size at 50% cumulative volume in the volume particle size distribution, hereinafter the same) is preferably 2 to 100 μm and the thickness of the solder layer is 0.1 to 10 μm. preferable. If the average particle diameter of the granular material and the thickness of the solder layer are in this range, the solder layer is relatively thin, so it is easy to make almost all of the solder contained in the joint part an intermetallic compound. It becomes. As a result, it becomes easy to sufficiently raise the remelting temperature of the joint. In addition, it is easy to secure a gap of a certain amount or more between the corresponding electrodes, and the supply amount of solder is suppressed, so that it is possible to more effectively prevent a short circuit from occurring between adjacent electrodes.
さらに、半田−樹脂混合物における粒状物の含有量は0.1〜10体積%の範囲に設定するのが好ましい。粒状物の含有量の下限を0.1体積%に設定することで、導通不良の発生を抑えることができる。一方、粒状物の含有量の上限を10体積%に設定することで、隣接する電極間の短絡を効果的に抑えることができる。粒状物の含有量のより好ましい範囲は、0.1〜5体積%である。 Furthermore, the content of the particulate matter in the solder-resin mixture is preferably set in the range of 0.1 to 10% by volume. By setting the lower limit of the content of the granular material to 0.1% by volume, the occurrence of poor conduction can be suppressed. On the other hand, the short circuit between adjacent electrodes can be effectively suppressed by setting the upper limit of the content of the granular material to 10% by volume. A more preferable range of the content of the granular material is 0.1 to 5% by volume.
ここで、第1金属は、Cuを含むのが好ましい。つまり、第1金属は、Cu合金であってもよく、その融点は、1000℃以上であるのが好ましい。一方、第2金属は、半田を形成する合金であり、Sn,Pb,Ag,Zn,Bi,In,CuおよびSbよりなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。第2金属の融点は、110〜240℃であるのが好ましい。熱圧着のときの加熱温度は、60〜250℃であるのが好ましい。熱圧着のときのより好ましい加熱温度は、120〜250℃である。 Here, the first metal preferably contains Cu. That is, the first metal may be a Cu alloy, and its melting point is preferably 1000 ° C. or higher. On the other hand, the second metal is an alloy that forms solder, and preferably contains at least one selected from the group consisting of Sn, Pb, Ag, Zn, Bi, In, Cu, and Sb. The melting point of the second metal is preferably 110 to 240 ° C. The heating temperature during thermocompression bonding is preferably 60 to 250 ° C. A more preferable heating temperature at the time of thermocompression bonding is 120 to 250 ° C.
本発明の他の形態においては、半田−樹脂混合物が、さらに、粒状物よりも平均粒子径の小さい、シリカ(SiO2)およびアルミナ等の無機フィラーを含む。半田−樹脂混合物に無機フィラーを含ませることによって、無機フィラーを含んだ樹脂補強部を形成することができる。これにより、樹脂補強部の熱膨張係数を小さくすることができる一方で、弾性率を大きくすることができる。その結果、部品実装構造体を加熱した後冷却するようなヒートサイクルが部品実装構造体に印加された場合や、電子部品の落下による衝撃が樹脂補強部に印加された場合にも、樹脂補強部にクラックが生じるなどの樹脂補強部の劣化を抑えることができる。したがって、接合部のヒートサイクルに対する耐性および耐衝撃性を向上させることができる。また、樹脂補強部の吸湿率を下げることができるので、電極や配線が腐食するのを防止することができる。 In another embodiment of the present invention, the solder-resin mixture further contains an inorganic filler such as silica (SiO 2 ) and alumina having an average particle diameter smaller than that of the granular material. By including an inorganic filler in the solder-resin mixture, a resin reinforcing portion including the inorganic filler can be formed. Thereby, while the thermal expansion coefficient of the resin reinforcing part can be reduced, the elastic modulus can be increased. As a result, even when a heat cycle that heats and cools the component mounting structure is applied to the component mounting structure, or when an impact caused by dropping of an electronic component is applied to the resin reinforcing portion, It is possible to suppress deterioration of the resin reinforcing part such as cracks. Therefore, it is possible to improve the resistance to the heat cycle and impact resistance of the joint. Moreover, since the moisture absorption rate of the resin reinforcing portion can be lowered, it is possible to prevent the electrodes and wiring from being corroded.
また、本発明は、複数の第1電極を有する第1対象物を保持する保持ユニットと、粒状物および熱硬化性樹脂を含み、粒状物が、第1金属を含むコアと、コアの表面を覆うとともに、第1金属より融点の低い第2金属を含む半田層とを含み、第1金属が、半田層と接触しており、第1金属と第2金属とが金属間化合物を形成可能である半田−樹脂混合物を、第1電極に供給する混合物供給ユニットと、複数の第1電極と対応する、複数の第2電極を有する、電子部品としての第2対象物を保持し、複数の第2電極がそれぞれ対応する第1電極に半田−樹脂混合物を介して着地するように、第2対象物を第1対象物に搭載する搭載ユニットと、を含む部品実装システムに関する。ここで、搭載ユニットは、第2対象物を第1対象物に向かって押圧するとともに、第2対象物を加熱することにより、複数の第2電極と、対応する第1電極とを熱圧着して、第1金属および第2金属を含む接合部を形成し、その接合部をさらに加熱することにより、接合部で第1金属と第2金属との相互拡散により金属間化合物の生成を促進し、かつ熱硬化性樹脂を硬化させる。 The present invention also includes a holding unit for holding a first object having a plurality of first electrodes, a granular material and a thermosetting resin, wherein the granular material includes a core including a first metal, and a surface of the core. And a solder layer including a second metal having a melting point lower than that of the first metal, the first metal is in contact with the solder layer, and the first metal and the second metal can form an intermetallic compound. A mixture supply unit for supplying a certain solder-resin mixture to the first electrode, a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes, and holding a second object as an electronic component, The present invention relates to a component mounting system including a mounting unit that mounts a second object on the first object such that the two electrodes land on the corresponding first electrode via a solder-resin mixture. Here, the mounting unit presses the second object toward the first object and heat-compresses the second object and the corresponding first electrode by heating the second object. Forming a joint portion including the first metal and the second metal and further heating the joint portion to promote the formation of an intermetallic compound by mutual diffusion of the first metal and the second metal at the joint portion. And the thermosetting resin is cured.
さらにまた、本発明は、複数の第1電極を有する第1対象物を保持する保持ユニットと、粒状物および熱硬化性樹脂を含み、粒状物が、第1金属を含むコアと、コアの表面を覆うとともに、第1金属より融点の低い第2金属を含む半田層とを含み、第1金属が、半田層と接触しており、第1金属と第2金属とが金属間化合物を形成可能である半田−樹脂混合物を、第1電極に供給する混合物供給ユニットと、複数の第1電極と対応する、複数の第2電極を有する、電子部品としての第2対象物を保持し、複数の第2電極がそれぞれ対応する第1電極に半田−樹脂混合物を介して着地するように、第2対象物を第1対象物に搭載し、第2対象物を第1対象物に向かって押圧するとともに、第2対象物を加熱することにより、複数の第2電極と、対応する第1電極とを熱圧着して、第1金属および第2金属を含む接合部を形成する搭載ユニットと、第1対象物に搭載された第2対象物を収納または保持した状態で、前記接合部をさらに加熱することにより、接合部で第1金属と第2金属との相互拡散により金属間化合物の生成を促進するとともに、熱硬化性樹脂を硬化させる後加熱ユニット、を含む部品実装システムに関する。 Furthermore, the present invention includes a holding unit for holding a first object having a plurality of first electrodes, a granular material and a thermosetting resin, wherein the granular material includes a first metal, and a surface of the core. And a solder layer containing a second metal having a melting point lower than that of the first metal, the first metal is in contact with the solder layer, and the first metal and the second metal can form an intermetallic compound. Holding a second object as an electronic component having a mixture supply unit for supplying the solder-resin mixture to the first electrode, and a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes, The second object is mounted on the first object so that the second electrode lands on the corresponding first electrode via the solder-resin mixture, and the second object is pressed toward the first object. A plurality of second electrodes by heating the second object, In a state in which the mounting unit that forms the joint including the first metal and the second metal by thermocompression bonding with the corresponding first electrode and the second object mounted on the first object is stored or held, A component mounting including a post-heating unit that further heats the joint and promotes the formation of an intermetallic compound by mutual diffusion between the first metal and the second metal at the joint and cures the thermosetting resin. About the system.
ここで、後加熱ユニットは、接合部と、第1対象物および第2対象物とを含む部品実装構造体の前駆体を収納する収納部と、接合部を加熱するヒータとを具備したオーブンを含むのが好ましい。または、後加熱ユニットは、第1対象物と接するプレス台と、第2対象物と接するプレス板とを有するプレス機を含むのが好ましい。このとき、プレス台およびプレス板の少なくとも一方は、接合部を加熱するヒータを含む。 Here, the post-heating unit includes an oven including a joint portion, a housing portion that houses a precursor of a component mounting structure including the first object and the second object, and a heater that heats the joint portion. It is preferable to include. Or it is preferable that a post-heating unit contains the press machine which has a press stand which touches a 1st target object, and a press plate which touches a 2nd target object. At this time, at least one of the press table and the press plate includes a heater that heats the joint.
(実施形態1)
図1に、本発明の一実施形態に係る電子部品実装システムの一例である実装ラインをブロック図により示す。図2に、本発明の部品実装システムにより製造される部品実装構造体を断面図により示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a mounting line as an example of an electronic component mounting system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a component mounting structure manufactured by the component mounting system of the present invention.
本発明の電子部品実装システムは、電子部品(第2対象物)を、電子機器の回路基板等の基板(第1対象物の一例)に実装するためのシステムである。基板は、リジッドな基板であってもよく、フレキシブルな基板であってもよい。基板が、リジッドな基板である場合にも、フレキシブルな基板である場合にも、基板は、1つ1つを独立に、または、複数の基板を一体化した状態で、ライン10の各ユニットの間を搬送することができる。例えば基板がフレキシブルな基板である場合には、1つ1つを独立に例えばキャリアボードに載せて、または、複数の基板を含むテープ状の素材のままで、ライン10の各ユニットの間を搬送することができる。複数の基板を含むテープ状の素材は、例えばスプロケットを使用することで、ライン10の各ユニットの間で搬送することができる。
The electronic component mounting system of the present invention is a system for mounting an electronic component (second object) on a board (an example of a first object) such as a circuit board of an electronic device. The substrate may be a rigid substrate or a flexible substrate. Regardless of whether the substrate is a rigid substrate or a flexible substrate, each substrate of each unit of the
一方、電子部品は、半導体チップ(ベアチップ)であってもよく、フレキシブルまたはリジッドな基板に半導体チップ等を搭載したパッケージや、モジュールであってもよい。また、電子部品は、受動素子等のチップ部品であってもよい。 On the other hand, the electronic component may be a semiconductor chip (bare chip), or a package or module in which a semiconductor chip or the like is mounted on a flexible or rigid substrate. Further, the electronic component may be a chip component such as a passive element.
図示例のライン10は、フレキシブル基板に半導体チップ等を搭載したモジュールである電子部品12を、電子機器の回路基板であるリジッドまたはフレキシブルな基板14に実装するための実装ラインである。より具体的には、ライン10は、基板供給ユニット1、混合物供給ユニット2、電子部品供給装置6を含む熱圧着・加熱ユニット3、および構造体回収ユニット4を備えている。
The
基板供給ユニット1は、基板14をラインに供給する。混合物供給ユニット2は、半田−樹脂混合物を基板14の電極であるランド電極18に供給する。熱圧着・加熱ユニット3は、熱圧着により、電子部品供給装置6により供給される電子部品12の複数の部品電極16と、基板14の対応する複数のランド電極18とを接合するように接合部17を形成する(熱圧着処理)とともに、接合部17の再溶融温度の上昇を促進することを目的として、接合部17を加熱し(融点シフト促進処理)、これにより、同時に接合部17を補強するように樹脂補強部29を形成する(樹脂硬化処理)。構造体回収ユニット4は、基板14に電子部品12が実装された部品実装構造体を回収する。
The substrate supply unit 1 supplies the
混合物供給ユニット2、および熱圧着・加熱ユニット3は、具体的な装置では、デバイスボンダ(ダイボンダやフリップチップボンダ)5として一体化することができる。また、ライン10には、各ユニットの間で基板14を搬送するためのコンベア8が配設されている。
In a specific apparatus, the
ライン10は、基板14をキャリアボードに載せ、それを、コンベア8により各ユニットの間で搬送するキャリア搬送方式の表面実装ラインであり得る。キャリアボードには、耐熱テープで基板14を固定することができる。あるいは、微粘着タイプの粘着材をキャリアボードの基板14との対向面に塗布することで、基板14を固定できる。この場合には、基板14の裏面全体がキャリアボードに固定されるために、基板14がフレキシブルな基板である場合にも、基板14のうねりなどによる高さのばらつきを低減することができる。なお、リジッドな基板であれば、キャリアボードを使用せずに、基板14を直接にコンベア8に搭載することもできる。
The
基板供給ユニット1には、例えば、マガジン式の基板ローダを使用することができ、構造体回収ユニット4には、例えば、マガジン式の基板アンローダを使用することができる。複数の基板14がテープ状の素材に含まれている場合には、基板供給ユニット1には、巻き出しロールを含ませることができ、構造体回収ユニット4には、巻き取りロールを含ませることができる。
For example, a magazine-type substrate loader can be used for the substrate supply unit 1, and a magazine-type substrate unloader can be used for the
混合物供給ユニット2には、例えば半田−樹脂混合物がペースト状であれば、半田−樹脂混合物を、ノズル等を介して基板14の複数のランド電極18に塗布して供給するための図示しない塗布ヘッドと、半田−樹脂混合物を塗布ヘッドに供給するディスペンサと、基板認識カメラと、制御装置とを含ませることができる。制御装置は、塗布ヘッドの移動および動作、並びに、ディスペンサの動作を制御する。また、制御装置には、基板認識カメラの撮像画像を処理する画像処理装置を含ませることができる。あるいは、混合物供給ユニット2には、塗布ヘッドに代えて、スクリーン印刷装置、およびインクジェット塗布装置等を含ませることができる。これらの印刷装置により、半田−樹脂混合物を基板14の複数のランド電極18に供給することができる。
For example, if the solder-resin mixture is pasty, the
半田−樹脂混合物がフィルム状に形成されている場合には、吸着ノズル等で半田−樹脂混合物をセパレーター(剥離紙)からピックアップするか、または熱圧着により半田−樹脂混合物をセパレータから基板上の搭載領域AR1(図5参照)に転写して、半田−樹脂混合物を基板14の複数のランド電極18に供給することができる。半田−樹脂混合物が後述のBステージである場合には、半田−樹脂混合物を溶剤に溶かしたものを、予め搭載領域AR1に印刷または塗布した後、加熱処理することにより、半田−樹脂混合物を基板14の複数のランド電極18に供給することができる。
When the solder-resin mixture is formed into a film, the solder-resin mixture is picked up from the separator (release paper) with an adsorption nozzle or the like, or the solder-resin mixture is mounted on the substrate from the separator by thermocompression bonding. Transferred to the area AR1 (see FIG. 5), the solder-resin mixture can be supplied to the plurality of
電子部品供給装置6には、テープフィーダ、バルクフィーダ、及びトレイフィーダ等を含ませることができる。このとき、電子部品12がモジュールやLGAパッケージであれば、電子部品12をトレイフィーダにより供給することができる。あるいは、電子部品がチップ部品であれば、テープフィーダまたはバルクフィーダにより供給することができる。
The electronic
図3に示すように、熱圧着・加熱ユニット3には、例えば吸着により電子部品12を保持する熱圧着ヘッド20と、基板14が載置されるプレス台24と、部品電極16を認識する図示しない部品認識カメラと、熱圧着ヘッド20の移動および動作を制御する図示しない制御装置とを含ませることができる。熱圧着ヘッド20には、部品電極16を加熱するためのヒータ22を含ませることができる。また、プレス台24にもランド電極18を加熱するためのヒータ27を含ませることができる。
As shown in FIG. 3, the thermocompression bonding /
次に、上述の図3を参照して、半田−樹脂混合物を説明する。図3に示すように、半田−樹脂混合物26は、熱硬化性樹脂を含む接着剤28に、半田を含む粒状物30を所定の割合で混合し、分散させたものである。半田−樹脂混合物26はペースト状であってもよいし、フィルム状に成形されていてもよい。あるいは、半田−樹脂混合物26はBステージであってもよい。Bステージは、熱硬化性樹脂の反応の中間的な段階をいう。
Next, the solder-resin mixture will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the solder-
接着剤28は、熱硬化性樹脂に、硬化剤、チキソ剤、顔料、カップリング剤、および、活性剤を混合して調製することができる。熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移点は、特に限定されないが、粒状物30に含ませた半田の融点以上とする(例えば、120〜160℃)のが好ましい。活性剤には、半田接合の際に電極表面およびバンプ表面に存在する酸化物などを除去する活性作用を有する有機酸やハロゲン化物などの材料を使用することができる。
The adhesive 28 can be prepared by mixing a thermosetting resin with a curing agent, a thixotropic agent, a pigment, a coupling agent, and an activator. Although the glass transition point of the hardened | cured material of a thermosetting resin is not specifically limited, It is preferable to set it as more than melting | fusing point (for example, 120-160 degreeC) of the solder contained in the
接着剤28に含ませる熱硬化性樹脂は、特に限定されないが、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、オキセタン樹脂など、様々な樹脂を含むことができる。これらは単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、耐熱性に優れる点などから、特にエポキシ樹脂が好適である。 The thermosetting resin to be included in the adhesive 28 is not particularly limited, but there are various types such as an epoxy resin, a urethane resin, an acrylic resin, a polyimide resin, a polyamide resin, a bismaleimide, a phenol resin, a polyester resin, a silicone resin, and an oxetane resin. Resin can be included. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, an epoxy resin is particularly preferable from the viewpoint of excellent heat resistance.
エポキシ樹脂には、ビスフェノール型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂の群から選ばれるエポキシ樹脂も用いることができる。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などが好適に用いられる。これらを変性させたエポキシ樹脂も用いられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 As the epoxy resin, an epoxy resin selected from the group of bisphenol type epoxy resin, polyfunctional epoxy resin, flexible epoxy resin, brominated epoxy resin, glycidyl ester type epoxy resin and polymer type epoxy resin can also be used. For example, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin, etc. are preferably used. Epoxy resins obtained by modifying these are also used. These may be used alone or in combination of two or more.
上記のような熱硬化性樹脂と組み合わせて用いる硬化剤としては、チオール系化合物、変性アミン系化合物、多官能フェノール系化合物、イミダゾール系化合物、および酸無水物系化合物の群から選ばれる化合物を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 As the curing agent used in combination with the thermosetting resin as described above, a compound selected from the group of thiol compounds, modified amine compounds, polyfunctional phenol compounds, imidazole compounds, and acid anhydride compounds is used. be able to. These may be used alone or in combination of two or more.
粒状物30に含ませる半田(第2金属)の具体例としては、Sn−Bi合金、Sn−Ag−Cu合金、Sn−Bi−Ag合金、Sn−Cu合金、Sn−Sb合金、Sn−Ag合金、Sn−Ag−Cu−Bi合金、Sn−Ag−Bi−In合金、Sn−Ag−Cu−Sb合金、Sn−Zn合金、Sn−Zn−Bi合金などが挙げられるが、特に限定されるものではない。上記のSnをベース材料とする半田以外では、例えば金半田を用いてもよい。しかしながら、粒状物30に含ませる半田の融点は、110〜240℃であるのが好ましい。
Specific examples of solder (second metal) included in the
図4に粒状物の一例を断面図により示す。図示例の粒状物30は、比較的高融点(例えば、1000℃以上)の第1金属(例えば、Cu、またはCu合金)から形成された球状のコア32と、コア32の表面を覆うように形成された、第2金属(半田ないしは半田合金)を含む半田層34とを含む。
FIG. 4 is a sectional view showing an example of the granular material. The
次に、図2に示した部品実装構造体の製造方法を説明する。
先ず、図5に示すように、基板供給ユニット1により供給された基板14に対し、混合物供給ユニット2により、半田−樹脂混合物26を、基板14の電子部品12が搭載される領域である搭載領域AR1に供給する。搭載領域AR1には、電子部品12の部品電極16と接合される全てのランド電極18が形成されている。
Next, a method for manufacturing the component mounting structure shown in FIG. 2 will be described.
First, as shown in FIG. 5, a mounting region that is a region where the
次に、図3に示したように、熱圧着・加熱ユニット3において、電子部品供給装置6により供給される電子部品12を熱圧着ヘッド20により保持する。熱圧着ヘッド20には、電子部品12と接触する部分に複数の吸着ノズルないしは部品吸着用の通気孔を設けることができる。
Next, as shown in FIG. 3, in the thermocompression bonding /
そして、図6に示すように、電子部品12の複数の部品電極16が対応するランド電極18にそれぞれ着地するように、部品認識カメラの撮像画像により位置合わせをする。そして、熱圧着ヘッド20に設けたヒータ22により電子部品12を所定温度Ta(60℃≦Ta≦250℃)まで加熱しながら、電子部品12を熱圧着ヘッド20により基板14に向かって所定の圧力で押し付ける。
Then, as shown in FIG. 6, alignment is performed using the captured image of the component recognition camera so that the plurality of
これにより、図7に示すように、複数の部品電極16と、それぞれ対応するランド電極18との間に粒状物30が挟み込まれる。なお、図では、粒状物30が1つずつ、一組の部品電極16とランド電極18との間に挟まれているが、これに限らず、複数の粒状物30を一組の部品電極16とランド電極18との間に挟ませることができる。
Thereby, as shown in FIG. 7, the
そして、図7に示した状態を所定時間Ma(例えば5秒間)保持することにより、図8に示すように、半田層34に含まれた第2金属(半田)が溶融して、溶融半田36となる。その溶融半田36が、接着剤28に含ませた活性剤の酸化被膜除去作用により、部品電極16およびランド電極18の表面に濡れ拡がって、溶融半田36は、楕円形状となる。
7 is maintained for a predetermined time Ma (for example, 5 seconds), the second metal (solder) contained in the
図8の状態から、そのまま、熱圧着・加熱ユニット3にて、所定温度Tb(300℃≧Tb≧100℃)で加熱することを所定時間Mb(600秒≧Mb≧1秒)継続することにより、図9に示すように、コア32に含まれる第1金属(Cu)が溶融半田36に拡散し、元の半田よりも高融点の固相の金属間化合物を含む金属間化合物層38がコア32の周囲に生成される(融点シフト促進処理)。
From the state of FIG. 8, the heating at the predetermined temperature Tb (300 ° C. ≧ Tb ≧ 100 ° C.) in the thermocompression bonding /
同時に、接着剤28に含まれる熱硬化性樹脂が加熱により硬化して、樹脂補強部29が形成される。なお、部品電極16およびランド電極18がCuまたはCu合金を含む場合には、それらの電極に含まれているCuも溶融半田36に拡散する。このため、図9に示すように、部品電極16およびランド電極18に近い部分は、遠い部分よりも、金属間化合物層38の厚みが大きくなる。
At the same time, the thermosetting resin contained in the adhesive 28 is cured by heating, and the
その後、放冷することにより、図10Aに示すように、溶融半田36が固化して、固化半田40となり、接合部17が完成される。なお、溶融半田36の全てをCuとの金属間化合物層38とすることで、部品実装構造体が再加熱されたときに、接合部17から半田が溶け出すのをより有効に抑えることができる。この場合には、コア32の周りには金属間化合物層38だけが存在し、固化半田40の層は存在しない。
Thereafter, by allowing to cool, as shown in FIG. 10A, the
また、図10Bに示すように、樹脂補強部29の対応電極間に挟まれていない部分(第2部分29a)においては、粒状物30が加熱されることで金属間化合物層38を含む金属間化合物層含有粒状物31が形成されている。一方、樹脂補強部29の、対応電極間のスペースに存在する第1部分29bにおいては、上述したとおり、接合部17が形成される。金属間化合物層含有粒状物31は、第1金属を含むコア32と、第1金属と第2金属との金属間化合物層38と、固化半田40からなる半田層とを含んでいる。なお、金属間化合物層含有粒状物31においても、固化半田40が全て金属間化合物層38となり、固化半田40を有していない場合がある。
Further, as shown in FIG. 10B, in the portion (
以上のように、実施形態1においては、大部分がCuから形成された球状のコア32の表面に半田層34を設けた粒状物30と、接着剤28とを含む半田−樹脂混合物26を基板14のランド電極18に供給して、熱圧着により、部品電極16とランド電極18とを接合する。その結果、半田とCuとの接触面積が大きくなるので、半田とCuとの金属間化合物が生成しやすくなる。したがって、半田−樹脂混合物26のCuの含有量を小さくしても、十分な量の金属間化合物を生成することが可能となり、接合部17の再溶融温度を所望の温度まで高めることが容易となる。これにより、半田−樹脂混合物26に多量に含ませたCu粒子等を伝わって、溶融半田が隣接する電極まで濡れ拡がるのを防止することができ、電極間の短絡を防止することができる。
As described above, in the first embodiment, the solder-
さらに、図10Aおよび図10Bに示したように、固化半田40が存在する場合には、接合部17が多層構造となるために、電子機器の落下による衝撃等の外部からの応力が各層の間で分散されやすい。その結果、接合部17が破壊され難くなる。また、外部からの応力は、最外層である固化半田40の内部だけで分散されやすく、その層に例えばひびが入ったとしても、そのひびは固化半田40の中だけに留まり、金属間化合物層38までは達しにくい。よって、接合部17の電気的および機械的接続性を確保することが容易となる。一方、接合部17に固化半田40が存在しない場合には、接合部17は、第1金属のコア32と、金属間化合物層38とだけを含む。その結果、接合部17全体の再溶融温度を高めることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 10A and FIG. 10B, when the solidified
これに対して、図18に示すように、半田だけの単一の組成である従来の半田接合部72では、例えば外部からの応力により半田接合部72の一箇所が破壊されると、その箇所が起点となって、図に矢印で示すように、同質である半田接合部72の全体にひびが入り、半田接合部72の破断に至る。これに対して、実施形態1の部品実装構造体においては、上述したとおり、高い耐衝撃性を得ることができ、高い接続信頼性を確保することができる。さらに、半田−樹脂混合物26における粒状物30の含有量を所定量にすることで、隣接する電極間で短絡が発生するのを防止することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 18, in the conventional solder
次に、本発明の実施形態2を説明する。
(実施形態2)
図11Aに、本実施形態に係る部品実装方法により製造される部品実装構造体を一部断面図により示す。図11Bに、本実施形態に係る部品実装構造体を製造するのに使用される粒状物前駆体を断面図により示す。
Next,
(Embodiment 2)
FIG. 11A is a partial cross-sectional view showing a component mounting structure manufactured by the component mounting method according to the present embodiment. FIG. 11B is a sectional view showing a granular material precursor used for manufacturing the component mounting structure according to the present embodiment.
図示例の粒状物30Aは、コア32Aと、そのコア32Aの表面を被覆する半田層34Aとを有する点は、実施形態1の粒状物30と同様である。ただし、粒状物30Aにおいては、コア32Aは、球状の樹脂粒子42と、樹脂粒子42の表面を覆う金属層44とを含む。樹脂粒子42の材料は特に限定されないが、耐熱性が高くかつ弾性率が大きい樹脂(例えば、ジビニルベンゼン架橋重合体、各種熱硬化性樹脂の硬化物、架橋ポリエステル)を使用するのが好ましい。また、金属層44には、実施形態1と同様の第1金属(Cu、または、融点が1000℃以上であるCu合金)を含ませることができる。実施形態2の半田−樹脂混合物に含ませる接着剤には、実施形態1の接着剤28を使用することができる。粒状物30Aの含有量についても、実施形態1と同様である。
The
粒状物30Aの径は、粒状物30と同様に2〜100μmであるのが好ましく、半田層34Aの厚みは、半田層34と同様に0.1〜10μmであるのが好ましい。半田層34Aの組成についても、半田層34と同様である。樹脂粒子42の径は1〜90μmとすることができる。金属層44の平均厚みは、0.1〜5μmとすることができる。以上のような粒状物30Aを含む半田−樹脂混合物を使用して、電子部品12を基板14に実装する部品実装方法および部品実装システムは、実施形態1と同様である。
The diameter of the
上記のような粒状物30Aを使用して製造された部品実装構造体においては、樹脂補強部29の第1部分29bにおいては、対応電極間に接合部17Aが形成されている。接合部17Aは、球状の樹脂粒子42の表面を覆う金属層44と、金属層44の表面を覆う金属間化合物層38Aと、その外側の固化半田40Aとを有している。金属層44の厚みは、粒状物30Aの元の金属層44の厚みよりも小さくなっている。あるいは、粒状物30Aの金属層44に含まれている全ての第1金属が金属間化合物に変化することで、接合部17Aは金属層44を有していないことがある。この場合には、樹脂粒子42と金属間化合物層38Aとが直接的に接触している。また、粒状物30Aの半田層34Aに含まれている第2金属が全て金属間化合物層に変化することで、接合部17Aは固化半田40Aを有していない場合がある。
In the component mounting structure manufactured using the
樹脂補強部29の第2部分29aにおいては、粒状物30Aが加熱されることで金属間化合物層含有粒状物31Aが形成されている。金属間化合物層含有粒状物31Aは、樹脂粒子42と、第1金属を含む金属層44と、第1金属と第2金属との金属間化合物層38Aと、固化半田40Aからなる半田層とを含んでいる。なお、第1金属の溶融半田への拡散が十分になされた場合には、金属間化合物層含有粒状物31Aから金属層44は消失していることがある。同様に、粒状物30Aの半田層34Aに含まれている第2金属が全て金属間化合物層に変化することで、金属間化合物層含有粒状物31Aは固化半田40Aを有していないことがある。
In the
以上のように、コア32Aに樹脂粒子42を含ませることによって、第1金属の使用量を抑えることができ、コストを低減することが容易となる。また、樹脂粒子42にある程度以上の剛性を有する材料を使用することで、熱圧着により電極同士を接合する場合にも、対応する電極間に挟まれた樹脂粒子42が潰れるのを防止することができる。これにより、対応する電極間のギャップを所望のギャップとすることが容易となり、電送線路長が設計通りとなるように電子部品12と基板14とを接続することが容易となる。
As described above, by including the
次に、本発明の実施形態3を説明する。
(実施形態3)
図12に、本実施形態に係る部品実装方法により製造された部品実装構造体の要部を拡大して示す。実施形態3の実装方法においては、シリカ(SiO2)、およびアルミナ等の無機フィラーを含ませた半田−樹脂混合物を使用して、部品実装構造体が製造される。それ以外は、本実施形態の部品実装方法および部品実装システムは、実施形態1および実施形態2の部品実装方法および部品実装システムと同様である。これにより、図12に示すように、樹脂補強部29に、シリカ(SiO2)、およびアルミナ等の無機フィラー45を含ませることができる。
Next,
(Embodiment 3)
In FIG. 12, the principal part of the component mounting structure manufactured by the component mounting method which concerns on this embodiment is expanded and shown. In the mounting method of the third embodiment, a component mounting structure is manufactured using a solder-resin mixture containing silica (SiO 2 ) and an inorganic filler such as alumina. Other than that, the component mounting method and the component mounting system of the present embodiment are the same as the component mounting method and the component mounting system of the first and second embodiments. Thus, as shown in FIG. 12, the
その結果、樹脂補強部29の熱膨張係数を小さくする一方で、弾性率を大きくすることができる。これにより、部品実装構造体が加熱された後冷却されるようなヒートサイクルが部品実装構造体に印加されたときにも、樹脂補強部29にクラックが生じるなどの樹脂補強部29の劣化を抑えることが可能となる。また、樹脂補強部29の耐衝撃性が向上される。さらに、樹脂補強部29の吸湿率を下げることができるので、電極や配線が腐食するのを防止することができる。なお、無機フィラー45を含めた半田−樹脂混合物全体に対する無機フィラー45の含有量は、10〜50体積%とするのが好ましい。
As a result, the elastic modulus can be increased while reducing the thermal expansion coefficient of the
無機フィラー45の径Dkは、粒状物30の径Drよりも小さくされる(Dk<Dr)。例えば、2μm≧Dk≧0.1μm程度とすることができる。なお、図13に示す従来例のように、粒状物30または30Aの代わりに単なる半田粒子48を使用すると、半田粒子48にはコアがないので、溶融すると際限なく潰れてしまう。その結果、無機フィラー45が部品電極16とランド電極18とにより挟まれてしまい、溶融半田49の各電極への濡れが妨げられることも考えられる。これにより、接続信頼性が低下する。実施形態3の部品実装方法では、無機フィラー45の径Dkが粒状物30の径Drよりも小さく、かつコア32またコア32Aを含む粒状物を使用するために、無機フィラー45が部品電極16とランド電極18とにより挟まれることがない。よって、上述した不都合を防止できる。
The diameter Dk of the
(実施形態4)
図14に、本実施形態に係る部品実装システムである実装ラインをブロック図により示す。図示例のライン10Aは、実施形態1のライン10と同様に、フレキシブル基板に半導体チップ等を搭載したモジュールである電子部品12を、電子機器の回路基板であるリジッドまたはフレキシブルな基板14に実装するための実装ラインである。ライン10Aは、基板14をラインに供給する基板供給ユニット1、半田−樹脂混合物を基板14の電極であるランド電極18に供給するための混合物供給ユニット2、および構造体回収ユニット4を含む点で、実施形態1のライン10と同様である。
(Embodiment 4)
FIG. 14 is a block diagram showing a mounting line that is a component mounting system according to the present embodiment. Similar to the
ライン10Aがライン10と異なるのは、熱圧着・加熱ユニット3の代わりに熱圧着ユニット3Aを設けるとともに、熱圧着ユニット3Aと構造体回収ユニット4との間に、後加熱ユニット3Bが配置されている点である。以下、その異なる点を主に説明する。
The
熱圧着ユニット3Aにおいては、図7および図8により示した熱圧着処理だけが行われ、図9により示した融点シフト促進処理は行われない。融点シフト促進処理のための加熱は、後加熱ユニット3Bにて実行される。
In the
図15および図16に後加熱ユニットの具体例を示す。図15の例では、後加熱ユニット3Bがオーブン50を有している。オーブン50は、熱圧着処理がなされて、互いに接合された電子部品12および基板14(以下、構造体前駆体、または、単に前駆体という)を収容する収容部52と、コア32または32Aに含まれた第1金属と溶融半田36の相互拡散を促進するように、収容部52に収容された前駆体53の接合部を加熱するヒータ54を含んでいる。収容部52は、複数の前駆体53に対して同時に融点シフト促進処理を実行し得るように、複数の前駆体53を収容し得るものであるのが好ましい。これにより、融点シフト促進処理が熱圧着処理よりも処理時間が長い場合には、そのことに起因して、ラインのタクトタイムが長くなるのを防止することが可能となる。よって、生産効率を向上させることができる。オーブン50における接合部17の加熱温度および加熱時間は実施形態1〜3と同様である。
15 and 16 show specific examples of the post-heating unit. In the example of FIG. 15, the
以上のように、後加熱ユニット3Bを熱圧着ユニット3Aとは独立に設けることで、熱圧着ユニット3Aで熱圧着処理を実行している間に、後加熱ユニット3Bで融点シフト促進処理を実行することができる。これにより、ラインのタクトタイムを短くすることが可能であり、生産効率を高めることができる。
As described above, by providing the
図16の例では、後加熱ユニット3Bがプレス機56を含んでいる。プレス機56は、プレス板58と、プレス台60とを含んでいる。プレス板58およびプレス台60の少なくとも一方には、ヒータ62および64を設けることができる。プレス台60の形状および面積は、複数の前駆体53に対して同時に融点シフト促進処理を実行し得るように、複数の前駆体53を載せることができる形状および面積とされるのが好ましい。同様に、プレス板58の形状および面積も、複数の電子部品12を同時に基板14に向かって押圧することができる形状および面積とされるのが好ましい。これにより、融点シフト促進処理が熱圧着処理よりも処理時間が長い場合には、そのことに起因して、ラインのタクトタイムが長くなるのを防止することが可能となる。
In the example of FIG. 16, the
本発明によれば、第1対象物の複数の第1電極と、第2対象物の複数の第2電極とを、熱圧着により、半田接合し、かつ接合部を樹脂補強する場合に、接合部の再溶融温度を十分に上昇させることができるとともに、隣接する電極間の短絡を防止することができる。よって、本発明は、小型化が求められる携帯電子機器の製造に適用するのに有用である。 According to the present invention, when a plurality of first electrodes of a first object and a plurality of second electrodes of a second object are solder-bonded by thermocompression bonding and the joint is reinforced with a resin, The remelting temperature of the part can be sufficiently increased, and a short circuit between adjacent electrodes can be prevented. Therefore, the present invention is useful for application to the manufacture of portable electronic devices that are required to be downsized.
1…基板供給ユニット、2…混合物供給ユニット、3A…熱圧着ユニット、3B…後加熱ユニット、4…構造体回収ユニット、6…電子部品供給装置、8…コンベア、10、10A…ライン、12…電子部品、14…基板、16…部品電極、17…接合部、18…ランド電極、20…熱圧着ヘッド、22、27、54、62、64…ヒータ、24、60…プレス台、26…樹脂混合物、28…接着剤、29…樹脂補強部、3…熱圧着・加熱ユニット、30、30A…粒状物、32、32A…コア、34…半田層、36…溶融半田、38…金属間化合物、40…固化半田、42…樹脂粒子、44…金属層、45…無機フィラー、50…オーブン、52…収容部、53…前駆体、56…プレス機、58…プレス板、…プレス台、
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate supply unit, 2 ... Mixture supply unit, 3A ... Thermocompression bonding unit, 3B ... Post-heating unit, 4 ... Structure recovery unit, 6 ... Electronic component supply device, 8 ...
Claims (12)
前記複数の第1電極と対応する、複数の第2電極を有する、電子部品としての第2対象物を準備する工程、
粒状物と、熱硬化性樹脂と、を含み、前記粒状物が、第1金属を含むコアと、前記コアの表面を覆うとともに、前記第1金属より融点の低い第2金属を含む半田層とを含み、前記第1金属が、前記半田層と接触しており、前記第1金属と前記第2金属とが金属間化合物を形成可能である樹脂−半田混合物を、前記第1電極に供給する工程、
前記第2対象物を、前記複数の第2電極がそれぞれ対応する前記第1電極に前記半田−樹脂混合物を介して着地するように、前記第1対象物に搭載する工程、
前記複数の第2電極と、対応する前記第1電極とを熱圧着して、前記第1金属および前記第2金属を含む接合部を形成する工程、および
前記接合部を加熱することにより、前記接合部で前記第1金属と前記第2金属との相互拡散により金属間化合物の生成を促進するとともに、前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程、
を含む、部品実装方法。 Preparing a first object having a plurality of first electrodes;
Preparing a second object as an electronic component having a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes;
A solder layer including a granular material and a thermosetting resin, wherein the granular material covers a core including a first metal, and a second metal having a melting point lower than that of the first metal. And supplying the first electrode with a resin-solder mixture in which the first metal is in contact with the solder layer and the first metal and the second metal can form an intermetallic compound. Process,
Mounting the second object on the first object such that the plurality of second electrodes respectively land on the corresponding first electrode via the solder-resin mixture;
Thermocompression bonding the plurality of second electrodes and the corresponding first electrode to form a joint including the first metal and the second metal, and heating the joint, A step of accelerating the formation of an intermetallic compound by mutual diffusion of the first metal and the second metal at the joint, and curing the thermosetting resin;
A component mounting method.
粒状物および熱硬化性樹脂を含み、前記粒状物が、第1金属を含むコアと、前記コアの表面を覆うとともに、前記第1金属より融点の低い第2金属を含む半田層とを含み、前記第1金属が、前記半田層と接触しており、前記第1金属と前記第2金属とが金属間化合物を形成可能である半田−樹脂混合物を、前記第1電極に供給する混合物供給ユニットと、
前記複数の第1電極と対応する、複数の第2電極を有する、電子部品としての第2対象物を保持し、前記複数の第2電極がそれぞれ対応する前記第1電極に前記半田−樹脂混合物を介して着地するように、前記第2対象物を前記第1対象物に搭載する搭載ユニットと、を含み、
前記搭載ユニットが、前記第2対象物を前記第1対象物に向かって押圧するとともに、前記第2対象物を加熱することにより、前記複数の第2電極と、対応する前記第1電極とを熱圧着して、前記第1金属および前記第2金属を含む接合部を形成し、前記接合部をさらに加熱することにより、前記接合部で前記第1金属と前記第2金属との相互拡散により金属間化合物の生成を促進し、かつ前記熱硬化性樹脂を硬化させる、部品実装システム。 A holding unit for holding a first object having a plurality of first electrodes;
Including a granular material and a thermosetting resin, wherein the granular material includes a core including a first metal, and a solder layer covering a surface of the core and including a second metal having a lower melting point than the first metal, A mixture supply unit that supplies the first electrode with a solder-resin mixture in which the first metal is in contact with the solder layer and the first metal and the second metal can form an intermetallic compound. When,
The second object as an electronic component having a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes is held, and the solder-resin mixture to the first electrode corresponding to each of the plurality of second electrodes. A mounting unit for mounting the second object on the first object so as to land via
While the mounting unit presses the second object toward the first object and heats the second object, the plurality of second electrodes and the corresponding first electrode By thermocompression bonding, a joint portion including the first metal and the second metal is formed, and the joint portion is further heated, thereby causing mutual diffusion of the first metal and the second metal at the joint portion. A component mounting system that promotes generation of an intermetallic compound and cures the thermosetting resin.
粒状物および熱硬化性樹脂を含み、前記粒状物が、第1金属を含むコアと、前記コアの表面を覆うとともに、前記第1金属より融点の低い第2金属を含む半田層とを含み、前記第1金属が、前記半田層と接触しており、前記第1金属と前記第2金属とが金属間化合物を形成可能である半田−樹脂混合物を、前記第1電極に供給する混合物供給ユニットと、
前記複数の第1電極と対応する、複数の第2電極を有する、電子部品としての第2対象物を保持し、前記複数の第2電極がそれぞれ対応する前記第1電極に前記半田−樹脂混合物を介して着地するように、前記第2対象物を前記第1対象物に搭載し、前記第2対象物を前記第1対象物に向かって押圧するとともに、前記第2対象物を加熱することにより、前記複数の第2電極と、対応する前記第1電極とを熱圧着して、前記第1金属および前記第2金属を含む接合部を形成する搭載ユニットと、
前記第1対象物に搭載された前記第2対象物を収納または保持した状態で、前記接合部をさらに加熱することにより、前記接合部で前記第1金属と前記第2金属との相互拡散により金属間化合物の生成を促進するとともに、前記熱硬化性樹脂を硬化させる後加熱ユニットと、を含む部品実装システム。 A holding unit for holding a first object having a plurality of first electrodes;
Including a granular material and a thermosetting resin, wherein the granular material includes a core including a first metal, and a solder layer covering a surface of the core and including a second metal having a lower melting point than the first metal, A mixture supply unit that supplies the first electrode with a solder-resin mixture in which the first metal is in contact with the solder layer and the first metal and the second metal can form an intermetallic compound. When,
The second object as an electronic component having a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes is held, and the solder-resin mixture to the first electrode corresponding to each of the plurality of second electrodes. The second object is mounted on the first object so as to land via the first object, the second object is pressed toward the first object, and the second object is heated. By mounting the plurality of second electrodes and the corresponding first electrode by thermocompression bonding, a mounting unit that forms a joint including the first metal and the second metal,
By further heating the joint in a state where the second object mounted on the first object is stored or held, the first metal and the second metal are interdiffused at the joint. A component mounting system including: a post-heating unit that promotes generation of an intermetallic compound and cures the thermosetting resin.
前記プレス台および前記プレス板の少なくとも一方が、前記接合部を加熱するヒータを含む、請求項10記載の部品実装システム。 The post-heating unit includes a press machine having a press stand in contact with the first object and a press plate in contact with the second object;
The component mounting system according to claim 10, wherein at least one of the press table and the press plate includes a heater that heats the joint.
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