JP2004031768A

JP2004031768A - 電子装置の実装方法

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Publication number: JP2004031768A
Application number: JP2002187768A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Imai; 今井　博和; Akira Tanahashi; 棚橋　昭; Takeshi Iwama; 岩間　武司
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP3726782B2

Abstract

【課題】ペースト状態から固化させることにより接合の用をなす接合材を介して電子部品を基板の一面上に実装するにあたって、接合材の厚さを増加させ適切に接続可能とする。
【解決手段】ペースト状態から固化させることにより接合の用をなす接合材３０を介して、電子部品１０を基板２０の一面上に接合するようにした電子部品の実装方法において、基板２０の一面上に接合材３０を配置するとともに、スペーサとしての樹脂膜４０を基板２０の一面上のうち接合材３０の配置部以外の部位に配置し、基板２０の一面上に樹脂膜４０および接合材３０を介して電子部品１０を搭載した状態で、接合材３０をペースト状態から固化させることにより、樹脂膜４０によって電子部品１０と基板２０との間隔を確保しつつ接合材３０による接合を行い、しかる後、樹脂膜４０を剥離して除去する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだや導電性接着剤などペースト状態から固化させることにより接合の用をなす接合材を介して、電子部品を基板の一面上に接合するようにした電子部品の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電子部品としては、フリップチップ、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）、セラミック部品、モールド部品などが用いられる。そして、このような電子部品をはんだや導電性接着剤などの接合材を介して基板の一面上に搭載し、該接合材をペースト状態から固化させることで電子部品と基板とを接合する。
【０００３】
図５は従来の一般的な電子部品の実装方法を示す図である。図５中、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）は基板上からみた平面図、（ｄ）、（ｆ）はそれぞれ（ｃ）、（ｅ）の紙面垂直方向に沿った概略断面図である。
【０００４】
この従来の実装方法では、まず、基板２０の一面上に形成されている電極ランド２１に接合材３０を供給する（図５（ａ）、（ｂ））。続いて、電子部品１０を基板２０の一面上に搭載し、電子部品１０の部品電極１１と基板２０の電極ランド２１とを接合材３０を介して接触させる（図５（ｃ）、（ｄ））。
【０００５】
その後、接合材３０がはんだの場合はリフロー後固化させることにより、導電性接着剤の場合は硬化させることにより、電子部品１０の部品電極１１と基板２０の電極ランド２１とを電気的・機械的に接続する（図５（ｅ）、（ｆ））。こうして、電子部品の実装構造が完成する。
【０００６】
このように、はんだの場合も導電性接着剤の場合も、接合材３０はいったんペースト状態から固化されることにより接合の用をなす。なお、はんだの場合のペースト状態とは、リフローによる溶融状態のことである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の実装方法では、部品電極１１の下の接合材３０の厚さが薄くなってしまう。これは、接合材３０がはんだの場合、リフロー時にはんだが部品電極１１の上方に濡れることから、その分、部品電極１１下のはんだ量が減少するためであり、導電性接着剤の場合、電子部品１０の搭載時に導電性接着剤が押しつけられるためである。
【０００８】
温度サイクル環境下においては、基板２０と電子部品１０との熱膨張係数の差により、接合材３０による接続部に応力が生じる。このとき、接合材３０が薄いと、この熱膨張係数差を緩和しにくく上記応力が増大して接続信頼性が著しく劣化するという問題が起こる。
【０００９】
このような不具合を解消する目的で、従来では、特開平４−１７１７９０号公報に記載されているように電子部品の下に絶縁層を介在させたり、特開平５−６７８５８号公報に記載されているように両面テープを電子部品の下に介在させることより、電子部品を支持して接合材の厚さを確保する方法が提案されている。
【００１０】
しかし、この従来方法では、電子部品と基板との間に絶縁層や両面テープといった別部材を配設することとなる。そのため、この別部材の材質によっては、温度サイクル環境下での別部材の劣化による密着性低下、基板と電子部品との熱膨張係数差によって発生する部品接続部への悪影響、別部材の吸湿や腐食による電気的絶縁性の劣化など、種々の不適切な問題が懸念される。
【００１１】
また、接合材による接続部のみでは耐久性が満足できないような場合、電子部品と基板との間にアンダーフィル（補強樹脂）を充填して接続強度を補強する構造が採用される。このような構造を採用するにしても、接合材が薄くなると電子部品と基板との間隔が狭くなるため、アンダーフィルの注入性の低下、ボイドの発生といった問題が生じる。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑み、ペースト状態から固化させることにより接合の用をなす接合材を介して電子部品を基板の一面上に実装するにあたって、接合材の厚さを増加させ適切に接続可能とすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ペースト状態から固化させることにより接合の用をなす接合材（３０）を介して、電子部品（１０）を基板（２０）の一面上に接合するようにした電子部品の実装方法において、基板の一面上に接合材を配置するとともに、スペーサ（４０、５０、６０）を基板の一面上のうち接合材の配置部以外の部位に配置し、基板の一面上にスペーサおよび接合材を介して電子部品を搭載した状態で、接合材をペースト状態から固化させることにより、スペーサによって電子部品と基板との間隔を確保しつつ接合材による接合を行い、しかる後、スペーサを除去することを特徴とする。
【００１４】
それによれば、基板の上にペースト状態の接合材を介して電子部品が搭載された状態において、電子部品が沈みかけても電子部品はスペーサで支持されるため、電子部品と基板との間隔すなわち電子部品の高さは確保される。
【００１５】
また、接合材による接合後はスペーサは取り除かれるので、それに伴い上記した絶縁層や両面テープなどの別部材に起因して懸念される種々の問題も無くなる。よって、本発明によれば、接合材の厚さを増加させることができ、かつ適切に接合材による接続を可能とすることができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、スペーサとして、基板（２０）の一面上に塗布した後硬化させることに形成された樹脂膜（４０）を用い、その除去は剥離により行うことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明では、スペーサとして、熱膨張係数が電子部品（１０）よりも大きい材質からなる治具（５０）を用いることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、スペーサとしてペースト状の樹脂（６０）を用い、その除去は洗浄にて行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項１に記載のスペーサとしては、これら請求項１〜請求項４に記載のものを使用することができる。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る電子部品の実装構造を示す概略断面図である。基板２０の一面上に電子部品１０が搭載され実装されている。
【００２２】
本実施形態の電子部品１０としては、フリップチップ、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）、セラミック部品、モールド部品などを用いることができる。図示例では電子部品１０は、エポキシ樹脂などの樹脂にてモールドされたダイオードとして示されており、樹脂モールド部１０ａの両端には部品電極１１が設けられている。
【００２３】
部品電極１１は樹脂モールド部１０ａの両端から基板２０側に向かって延びており、その先端部は後述する基板２０の電極ランド２１と対向する面１１ａを有するように折り曲げられた形となっている。この部品電極１１の材質は、４２アロイやＣｕなどの母材表面にＳｎめっきやはんだめっきを施したものなどを採用することができる。
【００２４】
基板２０はアルミナや窒化アルミニウムなどのセラミック基板やプリント基板などの配線基板あるいはリードフレームなどを採用することができるが、本例では、アルミナ基板を採用している。
【００２５】
基板２０の一面上には、電子部品１０の部品電極１１に対応した電極ランド２１が形成されている。この電極ランド１１はめっき法や厚膜印刷法などを用いてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどから形成されている。
【００２６】
そして、電子部品１０は基板２０の一面上に搭載されており、電子部品１０の部品電極１１と基板２０の電極ランド２１とは、はんだまたは導電性接着剤からなる接合材３０を介して電気的・機械的に接続されている。こうして、電子部品１０と基板２０とは、部品電極１１、接合材３０、電極ランド２１を介して電気的に接続されている。
【００２７】
ここで、はんだはＳｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだなどのＰｂフリーはんだや、Ｓｎ−Ｐｄ系はんだなどのＰｂ入り共晶はんだなどを採用できる。また、導電性接着剤は樹脂に導電性フィラーが含有されたものである。
【００２８】
周知のことではあるが、はんだは、いったんリフローされてペースト状（溶融状態）になった後固化することで接合を行い、導電性接着剤はペースト状態から硬化して固化されることで接合を行うものである。
【００２９】
次に、上記図１に示す電子部品の実装構造を形成するための電子部品の実装方法について述べる。図２は本実装方法を示す工程図である。図２中、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）は基板２０の一面上からみた平面図、（ｄ）、（ｆ）はそれぞれ（ｃ）、（ｅ）の紙面垂直方向に沿った概略断面図すなわち上記図１に対応した断面図である。
【００３０】
なお、図２（ａ）、（ｂ）では、図１に示す電子部品１０を搭載する電極ランド２１の組に隣り合う電極ランド２１’の組も示してある。各電極ランド２１、２１’は平面矩形状をなしている。
【００３１】
まず、図２（ａ）に示すように、電極ランド２１、２１’が一面に形成された基板２０を用意する。そして、図２（ｂ）に示すように、基板２０の一面上にて電極ランド２１、２１’上に接合材３０を配置するとともに、スペーサとしての樹脂膜４０を接合材３０の配置部すなわち電極ランド２１、２１’以外の部位に配置する。なお、図２中、樹脂膜４０には識別のため斜線ハッチングを施してある。
【００３２】
ここで、接合材３０となるはんだもしくは導電性接着剤は、印刷法により供給することができ、その供給厚さは例えば５０〜３００μｍ程度にすることができる。
【００３３】
また、樹脂膜４０は基板２０の一面上に塗布した後硬化させることに形成される。この樹脂膜４０はピンセットなどを用いて基板２０の一面から容易に剥離可能なものであり、実際に、後述の部品接続を行った後には、剥離して基板２０から除去するものである。
【００３４】
具体的に樹脂膜４０は、ビニール系、シリコン系、フッ素系、エポキシ系、アクリル系、ポリアミド系などの樹脂からなるものにでき、基板２０への塗布方法としては印刷、ディスペンス、スタンプ、吹き付けなどの手法を採用することができる。
【００３５】
また、樹脂膜４０の厚さすなわち基板２０の一面からの樹脂膜４０表面までの高さは、供給された接合材３０の高さよりも低くなっていることが好ましい。それにより、後工程である電子部品１０の搭載の際に部品電極１１と接合材３０とを確実に接触させることができる。このような樹脂膜４０の厚さは例えば３０〜２００μｍ程度にすることができる。
【００３６】
また、樹脂膜４０のパターンは、基板２０内のすべての対象電子部品間をつなげた形とすることで、後で剥離する際に一度の剥離で済ますことができ、好ましい。例えば、図２（ｂ）では隣り合う電極ランド２１、２１’間にて樹脂膜４０はつながっている。
【００３７】
このように、接合材３０および樹脂膜（スペーサ）４０を配置した後、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、基板２０の一面上に樹脂膜４０および接合材３０を介して電子部品１０を搭載する。つまり、電子部品１０を位置あわせして基板２０の一面に搭載し、電子部品１０の部品電極１１と基板２０の電極ランド２１上の接合材３０とを接触させる。
【００３８】
ここで、図２（ｃ）に示すように、樹脂膜４０は電子部品１０の周囲に位置する部品周囲部４１とこの部品周囲部４１から突出して電子部品１０の下に入り込んだ突出部４２とから構成されている。この突出部４２が電子部品１０を支持する部位である。
【００３９】
そして、この樹脂膜４０の突出部４２は、後で剥離する際に切れて基板２０上に残らないような形状、本例では円弧状のなだらかな形状となっている。例えば、電子部品１０の下で対向する突出部４２同士がつながっていたり、三角形のように角張った形で突出していると、剥離の際に切れて基板２０上に残ってしまいやすい。
【００４０】
また、図２（ｃ）に示される突出部４２の幅Ｗは、電子部品１０を傾かせずに適切に支えきれる程度且つ剥離時に切れないような強度を確保できる程度に広くする。また、突出部４２の入り込み長さＬは、電子部品１０を十分に浮かせられる程度に長く且つ剥離時に電子部品１０の下から切れずに引き抜くことができる程度に短くする。
【００４１】
次に、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、基板２０とこれに搭載された電子部品１０との間に樹脂膜（スペーサ）４０および接合材３０を介した状態で、接合材３０をペースト状態から固化させる。つまり、接合材３０がはんだの場合、はんだをリフロー後冷却して固化させるようにし、導電性接着剤の場合、加熱処理するなどにより硬化させる。
【００４２】
ここで、接合材３０がはんだの場合、このリフロー時にはんだがペースト状となって部品電極１１の上方に濡れて電子部品１０が沈み込もうとするが、樹脂膜４０にて支持されているので、電子部品１０は高さを維持できる。また、導電性接着剤の場合は、電子部品１０をペースト状の導電性接着剤上に搭載したときに電子部品１０が沈み込もうとするが、樹脂膜４０の支持により、やはり電子部品１０は高さを維持できる。
【００４３】
このように、本実装方法においては、スペーサとしての樹脂膜４０によって電子部品１０と基板２０との間隔を確保しつつ接合材３０による接合を行うことができる。
【００４４】
こうして、接合材３０を介して電子部品１０と基板２０とを電気的・機械的に接合がなされた後、ピンセットなどを用いて樹脂膜４０を基板２０から剥離させ、基板２０から除去する。以上により、上記図１に示す電子部品の実装構造が形成される。
【００４５】
以上、本実施形態の実装方法によれば、基板２０の上にペースト状態の接合材３０を介して電子部品１０が搭載された状態において、電子部品１０が沈みかけても電子部品１０はスペーサとしての樹脂膜４０で支持されるため、電子部品１０と基板２０との間隔すなわち電子部品１０の高さは確保される。
【００４６】
また、接合材３０による接合後は樹脂膜４０は取り除かれるので、それに伴い上記した絶縁層や両面テープなどの別部材により懸念される種々の問題も無くなる。よって、本実装方法によれば、接合材３０の厚さを増加させることができ、かつ適切に接合材３０による接続を可能とすることができる。
【００４７】
ちなみに、上記例では、基板２０として熱膨張係数が７．５ｐｐｍ程度のアルミナ基板を用い、電子部品１０として熱膨張係数が１８ｐｐｍ程度のモールドダイオードを用いている。このように両者１０、２０の熱膨張係数差が大きい場合、従来の実装方法では、接合材が薄くなり温度サイクル環境下で接続部にクラックが発生してしまう。
【００４８】
なお、本実施形態において樹脂膜４０を形成するときに、樹脂膜４０によって基板２０の一面上のワイヤボンディングランドも被覆するようにすれば、ワイヤボンディングランドの酸化、汚染やリフロー時のはんだの飛散などを防止することも可能である。
【００４９】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る電子部品の実装方法を示す図である。本実施形態では、スペーサとして、上記した樹脂膜ではなく熱膨張係数が電子部品１０よりも大きい材質からなる治具５０を用いるものである。
【００５０】
本実施形態の実装方法は、上記第１実施形態と同様、電極ランド２１、２１’が一面に形成された基板２０を用意する。そして、図３（ａ）に示すように、基板２０の一面上にて電極ランド２１、２１’上に接合材３０を配置するとともに、スペーサとしての治具５０を接合材３０の配置部すなわち電極ランド２１、２１’以外の部位に配置する。
【００５１】
この治具５０の材質としては、上述したように熱膨張係数が電子部品１０よりも大きいこと、また、接合材３０がはんだの場合はそのリフロー温度に、導電性接着剤の場合はその硬化温度に耐えうるものであること、さらに、はんだが濡れない材質であることが望ましい。
【００５２】
そのような治具５０の材質としては、例えば熱膨張係数が２３ｐｐｍであるアルミニウム、熱膨張係数が２９ｐｐｍである鉛などの金属や樹脂など、熱膨張係数が電子部品１０（本例では１８ｐｐｍ程度のモールドダイオード）よりも大きい材質を採用することができる。
【００５３】
そして、図３（ｂ）に示すように、基板２０の一面上にスペーサとしての治具５０および接合材３０を介して電子部品１０を搭載し、この状態で、接合材３０をペースト状態から固化させる。それにより、治具５０によって電子部品１０と基板２０との間隔を確保しつつ接合材３０による接合を行う。その後、治具５０を抜き取って除去する。
【００５４】
例えば、はんだ接続の場合、治具５０はリフロー温度によって膨張し、リフロー後はんだが固着して温度が下がったとき収縮する。このとき治具５０は電子部品１０よりも熱膨張係数が大きいので、電子部品１０と治具５０との間に隙間ができ、治具５０を除去しやすくできる。
【００５５】
このように、本実施形態の治具５０を用いた実装方法によっても、接合材３０の厚さを増加させることができ、かつ適切に接合材３０による接続を可能とすることができる。
【００５６】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る電子部品の実装方法を示す図である。本実施形態では、スペーサとして上記した樹脂膜や治具ではなくペースト状の樹脂６０を用い、その除去は洗浄にて行うものである。
【００５７】
本実施形態の実装方法は、上記第１実施形態と同様、電極ランド２１、２１’が一面に形成された基板２０を用意する。そして、図４に示すように、基板２０の一面上にて電極ランド２１、２１’上に接合材３０を配置するとともに、スペーサとしてのペースト状の樹脂６０を接合材３０の配置部すなわち電極ランド２１、２１’以外の部位に配置する。
【００５８】
このペースト状の樹脂６０としては、松やになどの樹脂からなるフラックスを用いることができる。特に、かさ上げしたいサイズの樹脂やセラミックなどからなるフィラーが含有されたフラックスや高粘度のフラックスを基板２０上に塗布することで配置できる。ここで、図４中、樹脂６０中にはフィラー６０ａが示してある。
【００５９】
そして、基板２０の一面上にスペーサとしてのペースト状の樹脂６０および接合材３０を介して電子部品１０を搭載した状態で、接合材３０をペースト状態から固化させる。それにより、該樹脂６０によって電子部品１０と基板２０との間隔を確保しつつ接合材３０による接合を行う。
【００６０】
その後、ペースト状の樹脂６０は、グリコールエーテル系の洗浄剤などの洗浄液を用いて除去することができる。ここで、接合材３０がはんだの場合、はんだ接続後の洗浄においてペースト状の樹脂６０も除去することが可能である。
【００６１】
このように、本実施形態のペースト状の樹脂６０を用いた実装方法によっても、接合材３０の厚さを増加させることができ、かつ適切に接合材３０による接続を可能とすることができる。
【００６２】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態において電子部品１０と基板２０との間にアンダーフィルを充填しても良い。接合材３０の厚さ向上により電子部品１０と基板２０との間隔も大きくなり、アンダーフィルを充填しやすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子部品の実装構造を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す実装構造を作るための実装方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電子部品の実装方法を示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る電子部品の実装方法を示す図である。
【図５】従来の一般的な電子部品の実装方法を示す図である。
【符号の説明】
１０…電子部品、２０…基板、３０…接合材、４０…樹脂膜、５０…治具、
６０…ペースト状の樹脂。

Claims

ペースト状態から固化させることにより接合の用をなす接合材（３０）を介して、電子部品（１０）を基板（２０）の一面上に接合するようにした電子部品の実装方法において、
前記基板の一面上に前記接合材を配置するとともに、スペーサ（４０、５０、６０）を前記基板の一面上のうち前記接合材の配置部以外の部位に配置し、
前記基板の一面上に前記スペーサおよび前記接合材を介して前記電子部品を搭載した状態で、前記接合材をペースト状態から固化させることにより、前記スペーサによって前記電子部品と前記基板との間隔を確保しつつ前記接合材による接合を行い、
しかる後、前記スペーサを除去することを特徴とする電子部品の実装方法。
前記スペーサとして、前記基板（２０）の一面上に塗布した後硬化させることに形成された樹脂膜（４０）を用い、その除去は剥離により行うことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
前記スペーサとして、熱膨張係数が前記電子部品（１０）よりも大きい材質からなる治具（５０）を用いることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
前記スペーサとしてペースト状の樹脂（６０）を用い、その除去は洗浄にて行うことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。