JP2005243726A - 電子部品の接合方法とそれに用いる電子回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品と電子回路基板とを半田接合すると同時に半田接合部を補強することができ、かつ従来の表面実装工程をそのまま適用でき、搭載した電子部品の脱落の恐れもない電子部品の接合方法を提供する。
【解決手段】 電子回路基板１と電子部品５、６の接合部を樹脂シート３にて補強する電子部品の接合方法であって、電子回路基板１上に樹脂シート３を貼り付ける工程と、その後従来の表面実装工程と同様に樹脂シート３上に半田ペースト４を供給する工程と、電子部品５、６を半田ペースト４上に脱落する恐れなく搭載する工程と、半田ペースト４をリフロー加熱した後冷却することで電子部品５、６と電子回路基板１の半田７による接合と同時に硬化した樹脂シート８により半田接合部の補強を行う工程とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子部品の接合方法に関し、特に樹脂シートを用いて電子部品と電子回路基板の接合部を補強する電子部品の接合方法とそれに用いる電子回路基板に関するものである。

電子部品を電子回路基板に半田接合にて実装する方法としては、表面実装技術が一般的に知られている。この表面実装プロセスを説明すると、
１．半田ペースト印刷工程
接合材料としての半田ペーストを電子回路基板の電子部品電極ランドに印刷。

２．電子部品搭載工程
電子回路基板の電子部品電極ランドに印刷された半田ペースト上に電子部品の電極 を配置するように電子部品を搭載。

３．リフロー工程
半田ペーストを加熱溶融させ、電子回路基板と電子部品を半田接合。
の各工程が行われる。

ところで、近年、電子機器類の軽薄短小化が進むにつれて、電子部品の小型化が加速し、またＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）などのエリアアレイ型部品の電極の狭ピッチ化が加速している。それに伴って電子回路基板と電子部品との接合に用いられる半田量が微量となっており、接合強度の低下が問題となる。

従来の電子部品の接合部を補強する接合方法として、熱硬化性のフラックスシートを、予め半田が形成された回路基板上に貼り付け、その上に電子部品を搭載し、熱を加えることによって半田接合及び接合部の補強を施す方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この従来の補強工法について、図６を参照して説明すると、図６において、回路基板１の接合電極ランド（図示せず）上には予め半田５１が形成されている。この回路基板１上に熱硬化性のフラックスシート５２を貼り付け、その上に電子部品６を搭載し、その後熱を加えて電子部品６を回路基板１に向けて加圧することによって、半田５１にて回路基板１と電子部品の電極５３の接合を行うとともに、熱硬化性のフラックスシート５２を硬化させて半田接合部を補強している。

また、ＣＳＰなどのエリアアレイ型部品の接合部補強工法として、キャピラリーフロー工法が周知となっている。このキャピラリーフロー工法とは、表面実装工程（半田供給、部品搭載、半田接合（リフロー）の後、半田接合部に補強材料を供給し、一定時間加熱を行い、補強材料を硬化させ、接合部の補強効果を得る方法である。
特開２００１−２３９３９５号公報

しかしながら、熱硬化性フラックスシート５２を用いて接合補強を行う接合方法では、回路基板１上に予め半田５１を形成する必要性があり、また熱硬化性フラックスシート５２上に電子部品６を搭載した際の電子部品６の保持力不足によって電子部品６が欠落する恐れがあるという問題があった。

また、キャピラリーフロー工法においては、従来の表面実装工程の後に、補強材料の供給工程と補強材料の硬化工程が必要になり、実装工程数が増加し、生産性を低下させるという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電子部品と電子回路基板とを半田接合すると同時に樹脂シートにて半田接合部を補強することができ、また従来の表面実装工程をそのまま適用できかつ搭載した電子部品の脱落の恐れもない電子部品の接合方法とそれに用いる電子回路基板を提供することを目的とする。

本発明の電子部品の接合方法は、電子回路基板と電子部品の接合部を樹脂シートにて補強する電子部品の接合方法であって、電子回路基板上に樹脂シートを貼り付ける工程と、樹脂シート上に半田ペーストを供給する工程と、電子部品を搭載する工程と、半田ペーストをリフロー加熱した後冷却することで電子部品と電子回路基板の接合と同時に硬化した樹脂シートにより半田接合部の補強を行う工程とを有するものである。

この構成によると、電子部品の搭載時に搭載箇所に半田ペーストが供給されていることにより、半田ペーストのタッキング力によって電子部品が電子回路基板上に確実に保持されて脱楽の恐れがない。また、半田ペーストのリフロー加熱の際に、樹脂シートが軟化することによって溶融した半田が樹脂シートを貫通し、電子部品電極と電子回路基板を接合し、その後、硬化した樹脂シートが接合部の補強及び電子回路基板と電子部品の接着を行い、電子回路基板上の電子部品の接合部が補強され、接合部の信頼性向上が図られる。また、電子部品実装工程としても、半田ペースト供給前の電子回路基板に樹脂シートを貼り付ける工程のみが増加するだけで、従来の表面実装工程をそのまま適用して電子部品を実装できるとともに、電子部品の接合部を一括して補強することができる。

また、樹脂シートに一定間隔で穴を形成すると、リフロー加熱時に溶融した半田が穴を介して軟化した樹脂シートを貫通流動するため、電子部品電極と電子回路基板を容易に接合できる。

また、樹脂シートに電子回路基板の接合電極ランドに合わせて穴を形成すると、リフロー加熱時に溶融した半田にて穴を介して電子部品電極と電子回路基板の接合電極ランドの半田接合が行われるため、より一層容易に電子部品電極と電子回路基板を接合できる。

また、本発明の電子回路基板は、電子部品接合面に、半田ペーストのリフロー加熱によって軟化する樹脂シートを貼り付けて配設したものであり、この電子回路基板を用いることで、従来の表面実装工程をそのまま適用して上記電子部品の接合部補強方法を実施し、その効果を奏することができる。

また、樹脂シートに、一定間隔で穴が形成されていると、リフロー加熱時に溶融した半田が穴を介して軟化した樹脂シートを貫通流動するため、電子部品電極と電子回路基板が容易に接合される。

また、樹脂シートに、任意箇所に穴が形成されていると、その穴を電子回路基板の電極ランドに合わせて形成することにより、リフロー加熱時に溶融した半田にて穴を介して半田接合が行われるため、より一層容易に電子部品電極と電子回路基板が接合される。

本発明の電子部品の接合方法とそれに用いる電子回路基板によれば、従来の表面実装工程をそのまま適用して、電子部品と電子回路基板を半田接合すると同時に、樹脂シートにて電子部品の接合部の補強及び電子回路基板と電子部品の接着を行うことができ、工程増加を伴うことなく電子部品の接合部の信頼性を向上することができる。

以下、本発明の電子部品の接合方法の各実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における電子回路基板１と、１００５チップ部品６と、０．４ｍｍピッチＷＬ−ＣＳＰ（Ｗafer-level ＣＳＰ）５の接合方法の工程図である。図１において、電子回路基板１は、例えばガラスエポキシ樹脂製で、金メッキを施された接合電極ランド２を有している（図１（ａ）参照）。この電子回路基板１上に樹脂シート３が配設する（図１（ｂ）参照）。樹脂シート３には、厚さ３０μｍの熱硬化性の樹脂シートが使用され、電子回路基板１の全体の大きさと同等に切り出し、電子回路基板１上に貼り付けて配設される。なお、樹脂シート３の大きさは、接合補強部に合わせて切り出しても良く、その厚さは電子回路基板１及び電子部品５、６のサイズにより適宜選定される。

また、樹脂シート３の電子回路基板１との貼り付け面の粘着力は２．０（Ｎ／ｍｍ³ ）とした。ただし、粘着力は表面実装工程中に、電子回路基板１から剥離しない程度の粘着力に選定すれば良い。また、樹脂シート３の半田印刷面及び部品実装面の粘着力は、０．０５（Ｎ／ｍｍ³ ）とした。特に、半田ペースト供給方法として、印刷工法が用いられる場合、印刷に使用されるメタルマスクの基板面に樹脂シート３が貼り付かない程度の粘着力に調整されることが望ましい。

次に、電子回路基板１の接合電極ランド２上部の樹脂シート３上に、厚さ８０μｍのメタルマスクを用いて半田ペースト４を供給する（図１（ｃ）参照）。その後、１００５チップ部品６及びＷＬ−ＣＳＰ５を搭載する（図１（ｄ）参照）。

次いで、電子回路基板１をリフロー炉などによる加熱方式によって加熱し、半田接合及び接合部補強を行う。リフロー炉では、約常温〜１３０℃の昇温ゾーン、１４０〜１８０℃の半田ペーストのフラックスが活性化するプリヒートゾーン、約１８０〜２５０℃の半田が溶融し電子回路基板１と電子部品５、６とが半田接合される本加熱ゾーン、２４０℃〜常温までの冷却ゾーンから成る、約４００秒程度の温度管理プロセスにて処理が行われる。

リフロー工程の数秒〜３５０秒程度の加熱ゾーンにおいて、樹脂シート３は軟化し、溶融した半田が軟化した樹脂シート３を貫通することによって、電子回路基板１と電子部品５、６とが半田７にて接合される。その後、冷却ゾーンにおいて、樹脂シートの流動性が失われて硬化し、硬化した樹脂シート８が接合部を覆い、さらに電子部品５、６と電子回路基板１を接着することにより、電子回路基板１と電子部品５、６との接合部が補強され、その接合強度が向上する（図１（ｅ）参照）。

なお、以上の説明では電子部品として、１００５チップ部品６とＷＬ−ＣＳＰ５を使用した例を示したが、コネクタ部品等、半田付けで接合される如何なる電子部品を使用しても良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態と同じ構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。

上記第１の実施形態においては、樹脂シート３として熱硬化性樹脂シートを用いたが、本実施形態では、樹脂シート３として、熱可塑性樹脂シートを用いている。このように熱可塑性樹脂シートを用いた場合でも、同様の接合部補強効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図２を参照して説明する。本実施形態では、樹脂シート３に、例えば穴径５０μｍの加工穴１１を、ピッチ５０μｍの一定間隔でマトリックス状に施している。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の工程にて、電子部品５、６の半田接合を行い、接合部を一括補強することができる。また、樹脂シート３に一定間隔で加工穴１１を形成していることによって、リフロー工程の数秒〜３５０秒程度の加熱ゾーンにおいて、樹脂シート３が軟化する際、加工穴１１を介して溶融半田が軟化した樹脂シート３を貫通流動するため、電子部品電極と電子回路基板電極が容易に接合される。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図３、図４を参照して説明する。本実施形態では、図３に示すように、樹脂シート３に、電子回路基板１の接合電極ランド２に合わせて加工穴１２を施している。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の工程にて、電子部品５、６の半田接合を行い、接合部を一括補強することができる。また、樹脂シート３に接合電極ランド２に合わせて加工穴１２を形成していることによって、リフロー加熱時の半田が溶融にて加工穴１２を介して半田接合が行われるため、電子部品電極と電子回路基板電極が容易に接合される。

図４を参照して詳しく説明すると、電子回路基板１は、例えばガラスエポキシ樹脂製で、金メッキを施された接合電極ランド２を有している（図４（ａ）参照）。この電子回路基板１上に樹脂シート３を配設する（図４（ｂ）参照）。樹脂シート３には、厚さ１２０μｍの熱硬化性の樹脂シートが使用され、電子回路基板１の全体の大きさ同等に切り出し、電子回路基板１上に貼り付けて配設される。なお、樹脂シート３は、その加工穴１２が電子回路基板１の接合電極ランド２に位置合わせして貼り付けられる。

また、樹脂シート３の電子回路基板１との貼り付け面の粘着力は２．０（Ｎ／ｍｍ³ ）とした。ただし、粘着力は表面実装工程中に、電子回路基板１から剥離しない程度の粘着力に選定すれば良い。また、樹脂シート３の半田印刷面及び部品実装面の粘着力は、０．０５（Ｎ／ｍｍ³ ）とした。特に、半田ペースト供給方法として、印刷工法が用いられる場合、印刷に使用されるメタルマスクの基板面に樹脂シート３が貼り付かない程度の粘着力に調整されることが望ましい。

次に、電子回路基板１の接合電極ランド２上部の樹脂シート３上に、厚さ８０μｍのメタルマスクを用いて半田ペースト４を供給する（図４（ｃ）参照）。その後、１００５チップ部品６及びＷＬ−ＣＳＰ５を搭載する（図４（ｄ）参照）。

次いで、電子回路基板１をリフロー炉などによる加熱方式によって加熱し、半田接合及び接合部補強を行う。リフロー炉では、約常温〜１３０℃の昇温ゾーン、１４０〜１８０℃の半田ペーストのフラックスが活性化するプリヒートゾーン、約１８０〜２５０℃の半田が溶融し電子回路基板１と電子部品５、６とが半田接合される本加熱ゾーン、２４０℃〜常温までの冷却ゾーンから成る、約４００秒程度の温度管理プロセスにて処理が行われる。

リフロー工程の数秒〜３５０秒程度の加熱ゾーンにおいて樹脂シート３は軟化する。また、半田ペースト４が溶融し、電子回路基板１と電子部品５、６とが加工穴１２を介して半田７にて接合される。その後、冷却ゾーンにおいて、樹脂シート３の流動性が失われて硬化し、硬化した樹脂シート８が接合部を覆い、さらに電子部品５、６と電子回路基板１を接着することにより、電子回路基板１と電子部品５、６との接合部が補強され、その接合強度が向上する（図４（ｅ）参照）。

なお、以上の説明では電子部品として、１００５チップ部品６とＷＬ−ＣＳＰ５を使用した例を示したが、コネクタ部品等、半田付けで接合される如何なる電子部品を使用しても良い。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について、図５を参照して説明する。本実施形態では、電子回路基板１上に樹脂シート３が予め貼り付けて配設されている。このように、予め樹脂シート３が貼り付けられた電子回路基板１を作成することにより、上記第１〜第３の実施形態の電子部品の接合方法を、従来の表面実装工程のみを行うことによって実施して半田接合部を補強することができる。

本発明の電子部品の接合方法は、電子部品と電子回路基板を接合すると同時に、樹脂シートにて電子部品の半田接合部を補強するとともに電子回路基板と電子部品を接着して接合部を補強でき、電子部品の接合部の信頼性を向上することができるため、特に微量の半田で接合される電子部品の実装などに有用である。

本発明の第１の実施形態における接合補強工程の工程図である。 本発明の第３の実施形態における樹脂シートの斜視図である。 本発明の第４の実施形態における樹脂シートの斜視図である。 同実施形態における接合補強工程の工程図である。 本発明の第５の実施形態における電子回路基板の断面図である。 従来例の接合補強工程の工程図である。

符号の説明

１ 電子回路基板
２ 接合電極ランド
３ 樹脂シート
４ 半田ペースト
５ 電子部品（エリアアレイ型部品）
６ 電子部品（チップ部品）
７ 半田
８ 硬化した樹脂シート
１１ 加工穴
１２ 加工穴

Claims (6)

1. 電子回路基板と電子部品の接合部を樹脂シートにて補強する電子部品の接合方法であって、電子回路基板上に樹脂シートを貼り付ける工程と、樹脂シート上に半田ペーストを供給する工程と、電子部品を搭載する工程と、半田ペーストをリフロー加熱した後冷却することで電子部品と電子回路基板の接合と同時に硬化した樹脂シートにより半田接合部の補強を行う工程とを有することを特徴とする電子部品の接合方法。
2. 樹脂シートに一定間隔で穴を形成することを特徴とする請求項１記載の電子部品の接合方法。
3. 樹脂シートに電子回路基板の接合電極ランドに合わせて穴を形成することを特徴とする請求項１記載の電子部品の接合方法。
4. 電子部品接合面に、半田ペーストのリフロー加熱によって軟化する樹脂シートを貼り付けて配設したことを特徴とする電子回路基板。
5. 樹脂シートに一定間隔で穴が形成されていることを特徴とする請求項４記載の電子回路基板。
6. 樹脂シートに任意箇所に穴が形成されていることを特徴とする請求項４記載の電子回路基板。

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