JP2007518258A - 回路部品を回路基板に接着する方法 - Google Patents

Abstract

回路部品１７を回路基板１に接着させるため、まず、少なくとも１つの先行接着ドット１４を、接触エリア２内において、回路部品１７と回路基板１との間に配置する。次に、接着ドット４を、規則的に配列する。そして最後に、回路部品１７及び回路基板１を互いに押圧して、接着ドット１４を一体化する。

Description

本発明は、電子、光学的、或いはハイブリッド回路の自動組立に適用可能な、回路部品を回路基板に接着する方法に関する。

回路部品を回路基板に固定するため、はんだづけ、または、接着剤を用いた方法が、一般的に利用されている。はんだづけは、回路基板と回路部品を共に保持する接着層が金属で、熱伝導性に優れ、それゆえ、回路部品の熱損失が、効果的に回路基板に作用する、という利点を有している。しかし、はんだづけは、処理の見地からすると、複雑である。なぜなら、回路基板は、その上に配置された回路部品と共に加熱されなければならないからである。特に、高周波回路を製造する際には、回路基板は、配置してからはんだづけを行なうまで一切振動を起こさずに処理をしなければならない。なぜなら、回路部品のずれが、その間の信号の遅延を変化させてしまい、それにより、回路の機能に影響する、制御不可能な信号間の位相のずれが起こる可能性があるからである。

接着剤を用いる方法は、それに比べると、処理の見地から言って、ずっとシンプルである。なぜなら、原理的には、回路部品または回路基板へ接着剤を塗布し、回路部品の位置決めを行ない、そして必要なら、接着剤が固まるまで待てば十分だからである。欠点としては、接着剤の熱伝導性は、一般的には、有機樹脂に依存するが、それが、はんだに比べてかなり低いということが挙げられる。この欠点を補うため、回路基板と回路部品の間の接着層を可能な限り薄くしなければならない。そのため、接着剤の量を少なくしなければならない。

これは、例えば、回路基板と回路部品との間の接触面に、同一サイズのドットを規則的な配列で付着させ、回路基板と回路部品の間で、それらを押圧することにより実現できる。これによれば、ドットがつながり、１つの連続した層を形成する。一方、付加する接着剤の量が少なければ、接触面全体に伸びないリスクが大きくなる。接着剤が伸びきらない場所があれば、それが熱伝導の障壁となるため、その回路部品をオーバーヒートさせて、組み立て中に壊してしまう可能性が生じる。

接触面に対し、完全に接着剤が塗布されたことを確かめるためには、全ての接触面をエックス線で検査しなければならない。この方法は、高価な装置を必要とし、非常に手間がかかる。更に、不完全に接着されたワークピースをはじくことによって事後的に品質を保証できるに過ぎない。つまり、前もって、不完全な接着を回避することは不可能である。

既知の接着方法の他の問題は、規則的に配列したドットの位置とサイズを決める際に起こる。つまり、回路部品を回路基板に対して押圧したときに、接着剤が回路部品のエッジまで広がるように、あるいは、少しそのエッジからはみ出すように、考慮しなければならないが、その一方で、エッジで挟み込まれる接着剤の量が多すぎて、かなりの量の接着剤が２つの隣り合う回路部品間のギャップに入り込み、例えば、毛細管現象によって、回路部品同士の向かい合う側面の間に広がることは避けなければならない。

そういうことが起こると、接着剤は、そのギャップの誘電率に影響し、それ故、そのギャップに渡された信号線において、信号の伝搬遅延が起きてしまう。高周波回路を製造する場合、回路部品の位置決めが正確でない場合と同じ結果になる。この要求の結果、回路部品と回路基板の間の接着剤層は、しばしば接触面の隅部にまでは広がらなくなる。そして、例えばワイヤーボンディングにおいて、回路部品の隅部に押圧力が加えられると、回路部品が壊れたり、バラバラになったりする可能性がある。

そこで、本発明の目的は、回路部品を回路基板に接着する方法であって、回路部品と回路基板との間の接触面において、高い信頼性をもって、隙間なく、接着層を形成する方法を提供することにある。

請求項１の特徴を有する方法により、上記目的が達成される。
本方法は、接着ドットを規則的に配列する場合に、その配列処理を中断して、ドット配置ノズルによって配置された第１ドットを、連続的操作で配置されたドットとは大きさが異なるようにする。１つの回路部品の接触面から、次の回路部品の接触面までノズルが移動する時間に、ノズルによる接着剤の配置が中断されるという事実に起因して、既にそのようなドットの大きさの変化が起こるかもしれない。規則的配列のドットを配置し始める前に、接触面内に、先行接着ドットを配置することにより、基本的に、２つの効果が達成される。

一方は、先行接着ドットの配置後に配置された接着ドットの大きさが安定し、それにより、規則的配列のドットが、単一の大きさとなるという点である。他方は、先行接着ドットが配置される部分における接着剤の濃度が、残りのドットが規則的に配列された部分に比べて大きくなり、それにより、回路部品と回路基板が互いに押圧された場合に、接着ドットの合一化が、先行接着ドットにおいて開始し、先行接着ドットの周りの領域から接触面のエッジに向けて、連続的に隙間なく接着層が広がって、回路部品と回路基板とが互いに接近する間に、回路基板と回路部品との間から、接触面のエッジに向けて空気が徐々に追い出される点である。複数の先行接着ドットが直線上に配置され、それらが、規則的に配列されたドットとくっつき始める際に、拡大していく連続的な接着層において全く空気が閉じこめられないことが好ましい。先行接着ドットに含まれる接着剤の量は、規則的配列の接着ドットに含まれる量の１０分の１よりも少ないほうがよい。

隙間のない接着層が、回路部品の隅部にも確実に広がるようにするため、追加接着ドットを、規則的に配列されたドットの各隅部の近傍に配置することが望ましい。そのような追加接着ドットは、ドットを規則的に配列する前或いは後に配置すればよい。追加接着ドットは、規則的配列の隅部に対応する回路部品の隅部の、二等分線上に配置されることが好ましい。

隣接する回路部品の辺から追加接着ドットまでの距離は、その辺から、規則的に配列されたドットまでの距離よりも短いことが好ましい。
ドットに用いられる接着剤の量は、回路基板と回路部品との間の接着層の厚みが、約２から約１０μｍ、望ましくは約５ミクロンになるように計算されることが望ましい。これは、例えば、規則的配列ドット間の距離やその大きさを定義することにより、達成できる。

金属粒子、特に銀粉と共に充填されるエポキシ樹脂を、接着剤として用いることが好ましい。

本発明の更なる特徴及びその利点について、添付図面を参照した以下の実施形態の説明によって明らかにする。

図１は、回路基板１を、一部は斜視図、また一部は断面図になるように示している。回路基板１の上面において、接触面２は、一点鎖線のフレームで示されている。ここで接触面は、その上に回路部品をマウントするためのものである。

また、接着ドット４を設けるために接触面２上を移動するディスペンサーヘッド３が、断面図で示されている。ディスペンサーヘッド３は、図中の断面及びそれと垂直をなす面の両方において、回路基板の上方にある不図示のレールに沿って移動可能である。ディスペンサーヘッド３の上方領域は、完全には図示されていない接着剤タンク５を含み、その接着剤タンク５から、流路６が、チャンバ７に伸びている。チャンバ７には、モータ８により回転可能なウォーム９（棒状部品に螺旋状の溝が切れらているコイル上の機械部品）が設けられている。ディスペンサーヘッド３の底部からは、中空針１０が、下向きに突設されている。針の先端には、ノズル１１が形成され、そこから、ウォーム９によって量を制限された接着剤が出る。

ディスペンサーヘッド３は、点線で示された蛇行路１２に沿って、接触面２上を定速で移動し、接触面２上に接着ドット１３を配置するために、一定間隔で、接触面に対して接近する。このディスペンサーヘッド３の動作中、ウォーム９は、連続的に回転し、それにより、配置される接着剤の量は、どのドット１３も同じになる。この方法において、複数行及び複数列に並んだ、規則的に配列されたドット群が生成される。
先行接着ドットと称されるドット１４は、ドット４の前に接触面２上に配置される。このドット１４は、規則的配列のドット４よりも少し大きい。なぜなら、ドット１４は、配置の際にウォーム９によって定量された接着剤だけではなく、ディスペンサーヘッド３の静止期においてノズル１１に集まった接着剤を含むからである。この方法では、規則的に配列された第１ドット４は、既に、続くドットと同じ大きさを有していることが確保される。従って、接触面２の全辺に沿った接着剤の濃度配分は、単一的で、接触面２の中心に比べて僅かに薄くなる。

ドットを規則的に配列した後、ディスペンサーヘッド３は、接触面２の隅部に、いくつかの追加接着ドット１５を生成する。これらの追加接着ドット１５は、接触面２の対応する隅部１６、あるいは、その上に配置される回路部品の対応する隅部の角二等分線上にそれぞれ配置される。これにより、回路部品１７(図２参照)を回路基板１に押圧する際、それらに含まれる接着剤は、回路部品１７の両方の辺に向けて同じ分量ずつ広がる。

図２は、回路部品１７の、回路基板１の接触面２上への取付けを示している。回路部品１７は、ディスペンサーヘッド３と同様に回路基板上を移動できるグリッパ１８によって保持される。グリッパ１８は、回路部品１７の上面と接する、橋脚面１９を有している。ここで、橋脚面１９は、回路部品１７の大きさに適合した、周辺ウェブ（circumferential web）２０によって取り囲まれており回路部品の側面に接している。橋脚面１９から伸びた吸引スタブ（suction stub）２１は、不図示の吸引ポンプによって負圧を生じさせ、これにより、回路部品１７は、グラッパ１８に固定される。

回路部品１７のエッジが接触面２のエッジに位置決めされた、図２に示す位置から、回路部品１７を伴うグリッパ１８は、垂直に降下し、回路部品が、接着ドット４、１４、１５と接触するようになる。

図３Ａは、回路部品１７と接触する前の、接触面２に対する接着剤の配置を示す平面図である。接着ドット４は、本実施形態では、方形のパターンを描き、８行１３列を有している。このパターンの中心線２２に沿って、先行接着ドット１４が前もって配置されている。中央の先行接着ドット１４は、中央の列のドット４に合わせて配置され、２つの外側の先行接着ドット１４は、２つの異なる列の４つのドット４の中心には位置される。

回路基板１に対して回路部品１７を押圧し始めると、それにより、接着ドット４、１４、１５がつぶされ、図３Ｂに示すように、先行接着ドット１４がまず、隣り合う規則的配列ドット４とくっついて１つになって広がる。より大きな連続した接着層が、このようにしてまずパターンの中央に形成され、そこから、その周りのドット４に連続的にくっついて合体しつつ、エッジに向けて広がっていく。先行接着ドット１４を中央に配置したことにより、確実に、内側から外側に向けて、連続した接着層が成長していく。これにより、接触面の中央部分が完全に連結したドットに囲まれてしまって空気がそこから逃げないような状況を回避する。そうではなくて、空気は、徐々に回路基板１と回路部品１７との間の空間から、内部から外部に向けて追い出され、接触面２の全体に接着剤が塗布されることになる。

隅部の追加接着ドット１５もまた、それに隣接する、規則的に配列された隅部のドットとすぐにくっつき、接触面の隅部を満たして最端部に達する。最終的には、図３Ｄに示すように、連続的で隙間のない接着層２２が生成される。この接着層２２は、接触面２全体に渡って伸び、そのエッジを少し超えてはみ出る。はみ出る量は、塗布する接着剤の量を測ることによって制御可能であり、接着層の厚さによって、すなわち、回路基板１と回路部品１７を互いに押圧する押圧力を制限することによっても制御可能である。

回路基板の表面に対する接着ドットの配置を示す図である。 回路基板上の回路部品の配置を示す図である。 回路部品の配置の際に接着ドットが広がる様を示す図である。 回路部品の配置の際に接着ドットが広がる様を示す図である。 回路部品の配置の際に接着ドットが広がる様を示す図である。 回路部品の配置の際に接着ドットが広がる様を示す図である。

Claims (9)

1. 回路部品１７と回路基板１との間の接触エリア２に接着ドット４を、規則的配列で配置し、回路部品１７と回路基板１とを互いに押圧することにより一体化する、回路部品１７を回路基板１に接着する方法であって、
   接着ドット４を前記規則的配列で配置する前に、少なくとも１つの先行接着ドット１４を、接触エリア２に配置することを特徴とする方法。
2. 先行接着ドット１４は、列２１に沿って配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記先行接着ドット１４に含まれる接着剤の量は、規則的配列の接着ドット４に含まれる接着剤の量の１０分の１より少ないことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 規則的配列の隅部近傍に、追加接着ドット１５を配置することを特徴とする請求項１、２または３に記載の方法。
5. 前記規則的配列の隅部は、回路部品１７の隅部に対応し、追加接着ドット１５を、回路部品１７の隅の角度を２等分する線上に配置することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 回路部品１７に隣接する辺から追加接着ドット１５までの距離が、規則的配列の接着ドット４と、その辺までの距離よりも短いことを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
7. 規則的配列の接着ドット４に含まれる接着剤の量は、約２μｍから１０μｍの間に設定され、望ましくは約５μｍに設定される、回路基板１と回路部品１７との間の接着層２２の厚さに応じて、設定されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 金属粒子と共に充填されるエポキシ樹脂が、接着に用いられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 接着ドット１４は、ノズル１１を用いて接着剤を流し込むことにより形成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。

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