JP2006351901A

JP2006351901A - 電子部品のバンプ形成方法および電子部品の基板への実装方法

Info

Publication number: JP2006351901A
Application number: JP2005177279A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Fukumoto; 数之福本; Takeshi Miitsu; 健三井津; Fumio Yoshikawa; 文男吉川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】
低コストで電子部品の電極に形成されたバンプにハンダを供給できる方法を提供する。
【解決手段】
転写用基板４に電子部品５のバンプ配列と同じパターン配列で開口部を形成した印刷マスク３に、ペースト状の低融点ハンダ２を印刷し、電子部品の高融点バンプ６と印刷されたペースト状の低融点ハンダ２を接触させたまま、ペースト状の低融点ハンダ２のみを溶融させることで、電子部品に形成された高融点バンプ６に低融点ハンダ２が転写される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品の電極に形成されたバンプの表面に、基板電極への接続用のハンダを転写して形成する電子部品のバンプ形成方法並びに該方法によって形成されたバンプを有する電子部品を基板電極に接続して実装する電子部品の基板への実装方法に関するものである。

電子部品を基板に実装する方法として、電子部品の電極に形成されたハンダバンプを溶融させ、基板に接続する方法がある。電子部品の高集積化に伴い、電極の狭ピッチ化が進み、電子部品の電極に形成されるバンプのハンダ量が減少するため、基板と電子部品との隙間が狭くなる。また、電子部品の高集積化により発熱量も増え、基板と電子部品との接合部に熱膨張率の差により歪が発生し、接続不良の原因となりうる。そのため、接続信頼性を向上させるため、電子部品のハンダバンプ材料にヤング率の低い高融点ハンダを用いることがある。更には、電子部品と基板との接合部にアンダーフィル等で補強する方法がある。しかし、電子部品の不良等で部品交換作業が発生した場合、部品を外す際に基板を高温に加熱する必要があるため、交換対象外の部品の耐熱性が問題となる。また、電子部品と基板との接合部をアンダーフィル等で補強している場合、電子部品の交換が出来ないという問題もある。

これらの問題を解決するために、特開２００１−７７５２３号公報（特許文献１）に記載された技術が知られている。この技術は、転写用基板の表面にリソグラフィー法によって凹部を設け、この凹部に低融点のはんだを充填し、電子部品の電極上に設けられた高融点のコアバンプをこの凹部内のはんだと接触させて上記転写用基板を加熱して凹部内のはんだを溶融させて接合し、その後電子部品と転写用基板を離隔してコアバンプの少なくとも一部に凹部内のハンダを転写して電子部品に電気的接続用構造体を形成する方法である。

特開２００１−７７５２３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術は、コアバンプの配列に対応させて凹部を有する転写用基板をリソグラフィー法によって製造するため、非常に高価なものになってしまい、その結果ハンダが転写して形成されたコアバンプを有する電子部品も高コストになってしまうという課題を有していた。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、高価で、且つ高集積化された局所交換用の電子部品として、表面にハンダを転写して形成したバンプを有する電子部品を低コストで製造することができるようにした電子部品のバンプ形成方法並びに該方法によって製造された電子部品を基板電極に接続して実装する電子部品の基板への実装方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、電子部品のバンプ配列と同じパターン配列で開口部を形成した印刷マスクを用いて、転写用基板に電子部品のバンプより低融点のペースト状のハンダを印刷し、電子部品のバンプと印刷されたペースト状のハンダとを接触させたまま、ペースト状のハンダのみを溶融させることで、電子部品のバンプの表面に、低融点のハンダを転写して形成することを最も主要な特徴とする。

即ち、本発明は、電子部品に形成されたバンプの表面にハンダを転写して形成するバンプ形成方法であって、前記電子部品のバンプ配列と同じパターン配列の開口部を有する印刷マスクを用いて、前記バンプよりも低融点のペースト状のハンダを転写用基板上に印刷する印刷工程と、該印刷工程で前記転写用基板上に印刷された前記低融点のペースト状のハンダ上に前記バンプを有する電子部品を位置決めして搭載する搭載工程と、該搭載工程で前記電子部品が搭載された前記低融点のペースト状のハンダを溶融させることによって該ハンダを前記バンプの表面に転写させるリフロー工程と、該リフロー工程で前記ハンダが表面に転写されたバンプを有する電子部品を前記転写用基板から取り外す取り外し工程とを有することを特徴とする。

また、本発明は、前記リフロー工程において、前記転写用基板上に印刷されたハンダと前記電子部品に形成されたバンプとを接触させた状態で、前記低融点のペースト状のハンダのみを溶融させることを特徴とする。

また、本発明は、前記転写用基板は、リフロー工程において低融点ハンダを溶融させるのに十分な耐熱性があり、かつ低融点ハンダが溶融時に実質的に接合されない材質である、石英等のガラス基板で構成することを特徴とする。

また、本発明は、前記取り外し工程において、前記転写用基板と前記電子部品を保持しながら洗浄して前記ハンダに含まれたフラックス残渣を除去する洗浄工程を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記電子部品のバンプ形成方法によって表面にハンダが転写されたバンプを有する電子部品を、該転写されたハンダを再度溶融させることによって基板の電極に接続して実装することを特徴とする電子部品の基板への実装方法である。

本発明によれば、高価で、且つ高集積化された局所交換用の電子部品として、表面にハンダを転写して形成したバンプを有する電子部品を低コストで製造することができる。

また、本発明によれば、低コストで製造された上記電子部品の局所交換が容易にできることで、低コスト化された多品種少量生産される大型電子計算機等を実現することが可能となる。

本発明に係る電子部品のバンプの形成方法並びに電子部品の基板への実装方法の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。尚、該実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

ところで、多品種少量生産される大型電子計算機においては、基板に実装する電子部品が非常に高価な物が多い。さらに、電子部品の高集積化に伴い、電極間の狭ピッチ化が進み、接続不良や部品不良などの不具合が発生する場合がある。そのため、本発明は、これら高価で、かつ不具合が発生した局所交換用の電子部品を低コストで製造し、該製造された電子部品を容易に交換出来ることで、低コスト化された大型電子計算機を実現することにある。

［第１の実施の形態］
本発明に係る第１の実施の形態である例えば局所交換用の電子部品を製造するための電子部品のバンプの形成方法について図１〜図４を用いて説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、スクリーン印刷設備において、電子部品の電極に形成されたバンプ配列と同じパターン配列で開口部が形成された印刷マスク３を、図２に示す転写用基板４に形成されたターゲットマーク８と図３に示す印刷マスク３の位置決め穴９とを例えば光学的に撮像して検出される位置信号同士を用いて位置決めしてから転写用基板４上に密着させ、印刷スキージ１によりペースト状の低融点ハンダ２を印刷マスクの開口部へ充填させる。その結果、図１（ｂ）に示すように、ペースト状の低融点ハンダ２が充填された印刷マスク３を、転写用基板４から取り外すことで、転写用基板４上に電子部品のバンプ配列と同じパターン配列のペースト状の低融点ハンダ２が印刷される。

次に、図１（ｃ）に示すように、高融点バンプ６の配列と同じパターン配列で印刷されたペースト状の低融点ハンダ２に、高融点バンプ６が接触するように電子部品５を部品搭載装置（図示せず）により位置決めして搭載する。該位置決めの際、電子部品５の基準位置あるいは例えば光学的に撮像して検出される特定のバンプの位置と、例えば光学的に撮像して検出される転写用基板４に形成されたターゲットマーク８とを用いて位置決めを行っても良い。そして、リフロー設備（図示せず）により低融点ハンダ２が溶融する温度以上で、かつ高融点ハンダが溶融する温度未満に加熱することで、供給された低融点ハンダ２のみを溶融させ、高融点バンプ６の表面に転写させる。これにより、高融点バンプ６の表面に低融点ハンダ層が形成されることになる。なお、上記リフロー設備（図示せず）は、例えば転写用基板４の裏面をヒータで加熱する設備または転写用基板４を温風で加熱する設備で構成される。

転写用基板４は、供給（印刷）された低融点ハンダ２を溶融させるのに十分な耐熱性があり、かつ低融点ハンダ２が溶融時に実質的に接合されない材質であれば特に限定されないが、例えば石英等のガラス基板が挙げられる。

供給する低融点ハンダ２の組成は、電子部品５の電極７に形成された高融点バンプ６より低融点で、かつ高融点バンプ６と供給された低融点ハンダ２を接触させたまま、低融点ハンダ２のみを溶融させることで高融点バンプ６と接合できる組成であれば特に限定されないが、例えば低融点ハンダ２としてＳｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｉｎ，Ｓｎ−ＡｇなどのＰｂフリーの合金が挙げられ、高融点バンプ６としてはＡｕ，Ｃｕといった単一金属やＣｕ−Ｓｎ化合物などのＰｂフリーのものが挙げられる。

リフロー後は転写用基板４と、低融点ハンダ２が転写された電子部品５とが、ペースト状の低融点ハンダ２に含まれたフラックス残渣により固定されるため、電子部品５の取り外しが困難となる。そこで、次に、図４に示すように、転写用基板４と電子部品５を洗浄治具１０等で保持しながら、洗浄設備（洗浄液を供給する設備）により上記フラックス残渣を除去することで、図１（ｄ）に示すように、転写用基板４から電子部品５を真空ピンセット等で取り外すことが可能となる。

以上により、図１（ｄ）の拡大図に示すように、電子部品５の電極７に形成された高融点バンプ６の表面に、高融点バンプ６よりも低融点のハンダ２を容易に転写することが可能となる。

その結果、ベアチップなどの破損しやすい電子部品を含めて、例えば、局所交換用の電子部品としての、表面に低融点のハンダを転写したバンプを有する電子部品を、スクリーン印刷設備、部品搭載装置、リフロー設備、洗浄設備などの部品実装設備をそのまま利用して低コストで製造することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る第２の実施の形態である不具合の電子部品を交換するための電子部品の基板への実装方法について図５を用いて説明する。

図５は、実装基板へ電子部品を実装後、電子部品の不良等により電子部品の交換作業を示す断面図である。まず、電子部品の不良等で部品交換作業が発生した場合、実装基板１１から電子部品（図示せず）を取り外し後、図５（ａ）に示すように、実装基板１１の取り外した領域の電極パット群部にフラックス１３を塗布し、第１の実施の形態で製造された低融点ハンダ２が転写されたバンプを有する局所交換用の電子部品５を部品搭載装置（図示せず）により搭載する。なお、１４は実装基板１１に既に実装されている周辺部品を示す。

次に、図５（ｂ）に示すように、リフロー設備（図示せず）により低融点ハンダ２が溶融する温度以上で、かつ高融点ハンダが溶融する温度未満に加熱することで、供給された低融点ハンダ２のみを溶融させ、実装基板１１の電極パッド１２に接合接続して局所交換用の電子部品５を実装基板１１に実装させる。その後、該電子部品５と実装基板１１との間にあるフラックス残渣を洗浄設備（図示せず）により除去する必要がある。なお、上記リフロー設備（図示せず）は、例えば実装基板１１の裏面をヒータで加熱する設備または実装基板１１を温風で加熱する設備で構成される。

以上により、局所交換する電子部品５の周辺に周辺部品１４がある場合でも、第１の実施の形態において説明した交換用の電子部品５へのバンプ形成方法により、交換用の電子部品５と実装基板１１との接合部に、接合に必要なハンダを安定して供給することが可能となる。

以上説明したように、本発明に係る第１及び第２の実施の形態により電子部品の局所交換が低コストで、しかも容易に可能となる。

本発明に係る第１の実施の形態である電子部品へのバンプ形成方法の一実施例を示した説明図である。本発明に係る転写用基板の一実施例を示した平面図である。本発明に係る転写用基板に対して位置合せをする印刷マスクの一実施例を示した平面図である。本発明に係る洗浄によってフラックス残渣を除去して電子部品を転写用基板から取り外すための洗浄治具の一実施例を示す図である。本発明に係る第２の実施の形態である電子部品の局所交換方法の一実施例を示した説明図である。

符号の説明

１…印刷スキージ、２…低融点ハンダ、３…印刷マスク、４…転写用基板、５…電子部品、６…高融点バンプ、７…電子部品電極、８…ターゲットマーク、９…位置決め穴、１０…洗浄治具、１１…実装基板、１２…基板電極、１３…フラックス、１４…周辺部品。

Claims

電子部品に形成されたバンプの表面にハンダを転写して形成するバンプ形成方法であって、
前記電子部品のバンプ配列と同じパターン配列の開口部を有する印刷マスクを用いて、前記バンプよりも低融点のペースト状のハンダを転写用基板上に印刷する印刷工程と、
該印刷工程で前記転写用基板上に印刷された前記低融点のペースト状のハンダ上に前記バンプを有する電子部品を位置決めして搭載する搭載工程と、
該搭載工程で前記電子部品が搭載された前記低融点のペースト状のハンダを溶融させることによって該ハンダを前記バンプの表面に転写させるリフロー工程と、
該リフロー工程で前記ハンダが表面に転写されたバンプを有する電子部品を前記転写用基板から取り外す取り外し工程とを有することを特徴とする電子部品のバンプ形成方法。
前記リフロー工程において、前記転写用基板上に印刷されたハンダと前記電子部品に形成されたバンプとを接触させた状態で、前記低融点のペースト状のハンダのみを溶融させることを特徴とする請求項１記載の電子部品のバンプ形成方法。
前記転写用基板は、ガラス基板で構成することを特徴とする請求項１記載の電子部品のバンプ形成方法。
前記取り外し工程において、前記転写用基板と前記電子部品を保持しながら洗浄して前記ハンダに含まれたフラックス残渣を除去する洗浄工程を有することを特徴とする請求項１記載の電子部品のバンプ形成方法。
請求項１乃至４の何れか一つに記載の電子部品のバンプ形成方法によって表面にハンダが転写されたバンプを有する電子部品を、該転写されたハンダを再度溶融させることによって基板の電極に接続して実装することを特徴とする電子部品の基板への実装方法。