JP2008119888A - 自動実装用吸着シート - Google Patents

Abstract

【課題】高さの異なる各種電子部品が実装された基板上に自動実装用の吸着面を確実に形成することが可能な吸着シートを提供する。
【解決手段】 吸着シート１３は、熱可塑性樹脂シート１５と、その一方の主面に形成された熱硬化性樹脂層１４からなる二層構造を有している。熱可塑性樹脂シート１５は、電子部品モジュール１０をマザー基板へ自動実装する際、自動実装機の真空吸着ノズルの吸着面としての役割を果たし、熱硬化性樹脂層１４は、吸着シート１３を固着させるための接着層としての役割を果たす。電子部品モジュール１０に吸着シート１３を取り付けた状態では、比較的高さのあるいくつかの電子部品１２の上面が熱硬化性樹脂層１４中に埋め込まれた状態となっており、吸着シート１３と基板１１との間には隙間が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動実装のための吸着面を電子部品モジュール上に形成するために用いる自動実装用吸着シートの構造に関するものである。

基板上にセラミックコイル、コンデンサ、抵抗、半導体デバイスなどの各種電子部品を実装し、高周波モジュール等を構成した表面実装型の電子部品モジュールが知られている。この種の電子部品では、マザー基板への自動実装を実現するため、金属製のシールドケースの上面や樹脂モールドの平坦な上面を真空吸着ノズルの吸着面として利用することが一般的である（特許文献１参照）。また、電子部品モジュールのさらなる小型・低背化を図るため、基板全体を吸着板で覆うのではなく、基板の略中央部分に吸着板を設ける方法も提案されている（特許文献２及び３参照）。
特開２０００−３４７４８３号公報 特開平１１−４６０９６号公報 特開２００３−７８２２９号公報

しかしながら、金属製のシールドケースを用いる場合は、シールドケースの搭載領域を基板上に確保しなければならず、製品寸法が基板寸法よりも一回り大きくなるという問題がある。また、樹脂モールドを用いる場合は、樹脂と基板、或いは樹脂や実装部品との熱膨張係数の差から品質面の問題が生じ易いため、その樹脂材料の選定が問題となる。つまり、樹脂が固まるときの収縮で基板や実装部品に応力を生じさせて、それが原因で実装面がはずれたり、実装部品が損傷したりするという問題がある。また、線膨張係数の違いや樹脂モールドの埋まり具合の悪さから樹脂モールド中又は樹脂モールドと基板又は実装部品との間にわずかな隙間が形成され、リフロー工程に流したときに溶けた半田が毛細管現象によってこの隙間に入り込むことにより、実装部品間がショートしてしまうという問題がある。

また、特許文献２又は３に示す従来の電子部品モジュールでは、吸着板を基板上に固定するために、常温硬化タイプのシリコン接着剤、アクリル系接着剤、両面テープ等、粘着性を有する接着剤が用いられているが、このような接着剤では吸着板が比較的はがれやすく、信頼性の面で大きな問題がある。

したがって、本発明の目的は、高さの異なる各種電子部品が実装された基板上に自動実装用の吸着面を確実に形成することが可能な吸着シートを提供することにある。

本発明の上記目的は、熱可塑性樹脂シートと、前記熱可塑性樹脂シートの一方の主面側に形成された熱硬化性樹脂層とを備えることを特徴とする自動実装用吸着シートによって達成される。

本発明によれば、熱可塑性樹脂シートと熱硬化性樹脂層とを有する多層構造の複合樹脂シートを電子部品モジュールの吸着面として用いることから、電子部品の上面部分のみをモールドすることができる。よって、高さの異なる各種電子部品が実装された基板上に自動実装用の吸着面を確実に形成することができ、外形寸法を大きくすることなく、実装部品への悪影響がなく、信頼性の高い電子部品モジュールを提供することができる。また、吸着シートが熱可塑性樹脂シートと熱硬化性樹脂層の二層構造を有する場合には、吸着面の平坦性と十分な取り付け強度の両方を確保することができ、実装時の作業性を向上させることができる。また、この吸着シートを用いた場合には、熱硬化性樹脂層との間に隙間を形成することができるので、熱硬化性樹脂と基板、或いは熱硬化性樹脂と実装部品との線膨張係数の違いによる過剰な応力の発生を防止することができ、基板の反り、クラックの発生、ショート不良等、種々の不具合を防止することができる。

本発明においては、前記熱硬化性樹脂層の厚みが前記熱可塑性樹脂シートよりも厚いことが好ましい。これによれば、電子部品の上面が熱硬化性樹脂層に埋め込まれることから、吸着シートの十分な接着強度を確保することができ、熱可塑性樹脂シートによる平坦性を確保すると同時にモジュールの高さを低くすることができる。

本発明においては、前記熱可塑性樹脂シートがポリイミド樹脂からなることが好ましい。ポリイミド系樹脂を用いた場合には、吸着面としての十分な平坦性及び平滑性を有し、耐熱性に優れた吸着面を得ることができる。

本発明においては、前記熱硬化性樹脂層がエポキシ樹脂からなることが好ましい。また、前記熱硬化性樹脂層の熱膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下であり、且つガラス転移温度が１２５℃以上であることが好ましい。このようなエポキシ系樹脂であれば、十分な接着強度を確保することができる。

このように、本発明によれば、高さの異なる各種電子部品が実装された基板上に自動実装用の吸着面を確実に形成することが可能な吸着シートを提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態に係る自動実装用吸着シートを用いた電子部品モジュールの構成を示す略側面断面図である。

図１に示すように、電子部品モジュール１０は、基板１１と、基板１１上に実装された電子部品１２と、電子部品１２を介して基板１１上に取り付けられた吸着シート１３とを備えている。

基板１１は、表層又は内層に配線パターンが印刷された回路基板である。基板１１としては、耐熱性・耐湿性に優れ、高周波特性の良好なセラミック基板であることが好ましく、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic：低温焼成セラミック）基板であることが特に好ましい。ＬＴＣＣは、９００℃以下での低温焼成が可能であるため、Ａｇ、Ｃｕ等の低融点であるが高周波特性に優れた材料を内部配線に使用でき、これにより抵抗損失の少ない配線パターンを実現できる。また、配線パターンを内層に形成できるので、多層化が容易であり、ＬＣ機能を多層基板に内蔵することで小型化、高機能化が可能である。

電子部品１２は、能動素子、或いは受動素子のチップ部品である。これらは通常、リフロー工程を経て基板１１上に表面実装され、電子部品１２間は基板１１の表層又は内層に形成された配線パターンを介して電気的に接続される。これにより、高周波モジュールやＩＣパッケージを構成することができる。

吸着シート１３は、電子部品モジュール１０をマザー基板（不図示）へ自動実装する際、自動実装機の真空吸着ノズルの吸着面として機能する。本実施形態の吸着シート１３は、熱可塑性樹脂シート１５と、その一方の主面に形成された熱硬化性樹脂層１４からなる二層構造を有している。

熱可塑性樹脂シート１５は、実際の吸着面としての役割を果たすため、十分な平坦性及び平滑性を有することが必要である。ただし、熱硬化性樹脂層１５と接する面には多少の凹凸があってもかまわない。熱可塑性樹脂シート１５は、吸着シート１３を基板１１上に取り付ける際の熱プレス時、或いはその後の加熱工程によって変形することがないよう、耐熱性に優れたものであることが必要である。熱可塑性樹脂シート１５の材料としてはポリイミド系樹脂を用いることが好ましいが、これに限定されるものではなく、同様の特性を有する他の材料を用いることも可能である。熱可塑性樹脂シート１５の厚みは、電子部品モジュール１０全体の高さに影響を与えることから、吸着面としての平坦性及び平滑性を確保できる限りにおいてできるだけ薄いほうが好ましいが、作業性を考慮すると３０〜１００μｍ程度が好ましい。

熱硬化性樹脂層１４は、吸着シート１３を固着させるための接着層としての役割を果たす。熱硬化性樹脂層１４の材料としてはエポキシ系樹脂を用いることが好ましいが、これに限定されるものではなく、同様の特性を有する他の材料を用いることも可能である。この場合、熱硬化性樹脂層１４の熱膨張係数は、基板１１に使用されるＬＴＣＣの熱膨張係数が５~９ｐｐｍ／℃程度であることや、熱硬化性樹脂１４の熱硬化後の弾性係数が高く基板１１に大きな応力を加えることを考慮すると５０ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。また、ガラス転移温度は、ガラス転移温度以上で熱硬化性樹脂の物性が大きく変化すること、及びモジュールをマザーボードに実装する時の過熱による影響を考慮すると、通常の電子部品の補償温度以上である１２５℃以上であることが好ましい。熱硬化性樹脂層１４は、各種電子部品の高さの違いを吸収し、吸着面としての平行性を確保するため、ある程度の厚みを有することが好ましい。ただし、熱硬化性樹脂層１４が厚すぎると吸着シート１３と基板１１との間に隙間を形成する必要があることから、実装部品中において高さ寸法が最も大きな電子部品の高さよりも薄くすることが好ましい。しかしながら、近年の表面実装用電子部品の小型、低背化により、電子部品の厚さは３００〜１０００μmと多岐にわたるため、これらの電子部品の凹凸をできるだけ吸収できるように、１２０〜５００μmの厚みであることが好ましい。基板上に実装された電子部品の高さの差が大きい時には高さの低い電子部品の一部は熱硬化性樹脂層と接していない場合でも本発明の機能に関しては大きな問題となることは無い。吸着シート１３と基板１１との間に隙間を設けたのは以下の理由による。

上述の通り、基板１１上の実装部品全体を樹脂モールドで封止する従来の方法では、樹脂材料と基板、或いは樹脂材料と実装部品との線膨張係数の違いから、樹脂が固まるときの収縮で部品に応力を生じさせて、それが原因で実装面が外れたり、チップ部品が損傷したりするという問題がある。特に、基板としてＬＴＣＣを用いる場合には、樹脂との線膨張係数の差が大きいことから、過剰な応力の発生等による基板の反り、クラックの発生等、品質面の問題が生じやすい。また、線膨張係数の違いや樹脂モールドの埋まり具合の悪さから樹脂モールド中又は樹脂モールドと基板又は実装部品との間に細かい隙間が形成され、リフロー工程に流したとき溶けた半田がこの細かい隙間に入り込むことによって実装部品間がショートしてしまうという問題がある。しかしながら、基板１１と熱硬化性樹脂層１４との間に十分な隙間を設けた場合には、熱収縮により電子部品の実装面がはずれたり、実装部品が損傷したりすることはほとんどなく、また毛細管現象による半田の流動も発生しないので、上記諸問題を解決することができる。

吸着シート１３を取り付けた状態では、比較的高さのあるいくつかの電子部品１２の上面が熱硬化性樹脂層１４中に埋め込まれた状態となっている。熱硬化性樹脂層１４を電子部品１２の上面にめりこませることにより、吸着シート１３を確実に固着させることができるだけでなく、基板１１に実装された各種電子部品の高さの違いを吸収し、基板面と吸着面との平行性を確保することができ、マザー基板への高精度な実装が可能となる。また、粘着性の接着手段を用いて電子部品の上面だけで接着する方法では、高さ寸法の最も高いいくつかの電子部品の上面だけが接着対象となるため、接着力が十分でなかったが、本実施形態によれば、比較的背丈の低い電子部品も接着対象となり、その上面に熱硬化性樹脂層がめりこむので、吸着シートの接着力を高めることができる。したがって、従来の粘着性接着剤を用いた場合に比べて十分な接続信頼性を得ることができる。

次に、図２を参照しながら、吸着シートの取り付け方法について説明する。

図２は、吸着シート１３の取り付け方法を説明するための模式図である。

吸着シート１３の取り付けでは、図２（ａ）に示すように、まず電子部品１２が実装された基板１１及び吸着シート１３を用意する。このとき吸着シート１３は基板１１の電子部品１２側に単に載せるだけでも良く、また、圧着、接着剤等により仮止めをして固定しても良い。次に、吸着シート１３の熱硬化性樹脂層１４側を電子部品１２側に向けて所定の圧力で加熱プレスする。加熱プレスでは熱硬化性樹脂層１４が半溶融状態になるように８０〜９０℃の温度で加熱しながら、基板１１上に実装された電子部品１２の上面部分のみをモールドするように調整し、硬化を促進させる。このとき、基板面に対して平行となるように吸着シート１３をプレスする必要がある。これにより、吸着シート１３は基板１１上に仮付けされ、電子部品１２の上部は熱硬化性樹脂層１４に埋め込まれた状態となる。その後、図２（ｂ）に示すように、吸着シート１３を１５０〜１８０℃の温度で更に加熱して熱硬化性樹脂層１４を完全に熱硬化させることにより、吸着シート１３は電子部品を介して基板上に取り付けられた状態となる。

次に、図３及び図４を参照しながら、吸着シート１３の取り付け工程を含む電子部品モジュール１０の全体的な製造手順について説明する。

図３は、電子部品モジュール１０の製造工程の一例を示す模式図である。

図３に示すように、この製造工程では、多チップ分の面積を有する基板３１を用意し、この基板３１上に各種電子部品３２を実装する。次に、基板３１を所定のチップサイズの基板１１に切り分けた後、チップサイズに対応する大きさの吸着シート１３を図２に示した方法で取り付けることにより、自動実装用の吸着面を有する個々の電子部品モジュール１０が完成する。

図４は、電子部品モジュール１０の製造工程の他の例を示す模式図である。

図４に示すように、この製造工程では、まず多チップ分の面積を有する基板３１を用意し、この基板３１上に各種電子部品３２を実装する。次に、この基板３１上に基板全体をカバーする吸着シート３３を図２に示した方法で取り付ける。その後、基板３１と吸着シート３３を一緒に裁断して所定のチップサイズに切り分けることにより、図３の場合と同様、自動実装用の吸着面を有する個々の電子部品モジュール１０が完成する。

以上説明したように、本実施形態によれば、熱可塑性樹脂シート１５一方の主面に熱硬化性樹脂材料１５が形成された二層構造の樹脂シートを電子部品モジュール１０の自動実装用の吸着面として用いることとしたので、高さの異なる各種電子部品１２が実装された基板１１上に自動実装用の吸着面を確実に形成することができ、外形寸法を大きくすることなく、実装部品への悪影響がなく、信頼性の高い電子部品モジュールを提供することができる。

また、本実施形態によれば、熱硬化性樹脂層１４の厚み、及び加熱時の条件を調整することで、モジュールに実装される部品の配置に制約されることなく、実装部品の高さの違いを吸収することが可能であり、吸着面の平坦性、平行性を確保することができる。また、熱可塑性樹脂シート上の接着層にあたる部位にシート状の熱硬化型樹脂層を使用することで、加熱時に熱硬化型樹脂層が溶融する際、だれや形状変形を防ぎ、その接着層の形成を非常に容易することができる。熱可塑性樹脂シートを使わない場合には、半硬化状の熱硬化性樹脂シートのみで形成することもできるが、加熱時に熱硬化性樹脂シートを溶融する際の加熱条件をより厳密に制御する必要が生じる。また、熱可塑性樹脂シートの片面にペースト状の熱硬化性樹脂を印刷より形成することも可能である。また、熱可塑性樹脂シートと半硬化状の熱硬化性樹脂シートを張り合わせて吸着シート１３とすることもできる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、吸着シート１３が熱可塑性樹脂シート１５と熱硬化性樹脂層１４からなる二層構造を有しているが、本発明はこのような構造に限定されるものではなく、三層以上の多層構造であってもよい。例えば、熱硬化性樹脂層１４と熱可塑性樹脂シート１５との間、或いは熱可塑性樹脂シート１５の表面に他の層を形成してもよい。

図１は、本発明の好ましい実施形態に係る電子部品モジュールの構成を示す略側面断面図である。 図２は、吸着シート１３の取り付け方法を説明するための模式図である。 図３は、電子部品モジュールの製造工程の一例を示す模式図である。 図４は、電子部品モジュールの製造工程の他の例を示す模式図である。

符号の説明

１０ 電子部品モジュール
１１ 基板
１２ 電子部品
１３ 吸着シート
１４ 熱硬化性樹脂層
１５ 熱可塑性樹脂シート
３１ 多チップ分の基板
３２ 電子部品
３３ 多チップ分の吸着シート

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂シートと、前記熱可塑性樹脂シートの一方の主面側に形成された熱硬化性樹脂層とを備えることを特徴とする自動実装用吸着シート。
2. 前記熱硬化性樹脂層の厚みが前記熱可塑性樹脂シートよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の自動実装用吸着シート。
3. 前記熱可塑性樹脂シートがポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動実装用吸着シート。
4. 前記熱硬化性樹脂層がエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項1乃至３のいずれか一項に記載の自動実装用吸着シート。
5. 前記熱硬化性樹脂層の熱膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下であり、且つガラス転移温度が１２５℃以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の自動実装用吸着シート。

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