JP2008288484A - 電子部品の実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の形状・高さや電子部品の間隔に関係無く、ランドに半田の追加供給が行える電子部品の実装を提供する。
【解決手段】この電子部品の実装方法は、基板１００のランド１０１上に半田ペースト１０２を供給する工程（ｂ）と、半田ペースト１０２の供給されたランド１０１上に電子部品１０３Ａ−１０３Ｇを搭載する工程（ｃ）と、電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの上方から、ランド１０１における電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの周囲に張り出した張出部１０１ａ上に溶融状態の半田１０６を吐出して、半田を追加供給する工程（ｄ）と、熱処理により半田ペースト１０２と追加供給した半田１０６とを溶融して、電子部品１０３Ａ−１０３Ｇとランド１０１とを半田接続する工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、半田により電子部品を基板に実装する方法に関するものである。

基板上にＳＯＰやＱＦＰ等の電子部品を実装する際に、基板のランド上に半田ペーストを印刷により供給するのが一般的である。この半田ペーストの供給は、電子部品の搭載前に一様な膜厚で行われ、且つメタルマスクを用いて電子部品サイズに応じた形状および大きさのパターンとなる様に行われる。この様な電子部品の基板への実装に関する技術として特許文献１，２が知られている。

特開２００６−２６１５７３号公報 特開平１０−２５６７２０号公報

半田ペーストを印刷する場合、一様な厚さで半田の供給を行う。そのため電子部品サイズが大きい場合は、半田が不足し、良好なフィレットが形成できない。これは、電子部品の基板への実装の信頼性上問題があり、半田の追加供給が必要となる。

特許文献１では、半田の追加供給方法として、フラックスを塗布した半田チップを電子部品の上面または側面に貼り付けることにより、半田の追加供給を行っている。半田チップを電子部品上に供給する場合、電子部品の高さが不揃いであると、マウント装置による半田チップの接着は困難である。

電子部品の実装の信頼性を向上させるには、電子部品の上面よりも側面への供給が有効である。しかし電子部品の側面への半田チップの接着は、マウント装置を用いる場合、電子部品間の隙間が狭くなると、非常に困難である。また接着が行われる電子部品の側面が例えば円柱形状のような曲面の場合も、半田チップの接着は非常に困難となる。

特許文献２では、ディスペンサを用いて、電子部品上に半田ペーストを追加供給している。電子部品の側面に良好なフィレットを形成するためには、半田ペーストの溶融後、電子部品の上方から電子部品の側面に十分な量の半田が供給される必要がある。しかし、これを制御することは非常に困難である。また半田ペーストは塗布後に拡がるため、多量に供給したい場合、ランドの面積を相当大きくする必要がある。またランドから半田ペーストが溢れた場合、半田ボールや半田ブリッジが発生するという問題が生じる。

これらの先行技術から、電子部品の基板への実装の信頼性を向上させるためには、電子部品の側面への良好なフィレットの形成が必要で、電子部品の側面の高さ方向に沿って、半田供給することが最も有効である。

この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、第１に、電子部品の形状・高さや電子部品の間隔に関係無く、ランドに半田の追加供給が行える電子部品の実装を提供すること、第２に、ランドをそれほど大きく拡大しなくても半田を多量に供給できる電子部品の実装方法を提供すること、第３に、半田ボールや半田ブリッジの発生を防止できる電子部品の実装方法を提供することにある。

上記課題を解決する為に、本発明の第１の形態は、基板のランド上に半田ペーストを供給する工程と、前記半田ペーストの供給された前記ランド上に電子部品を搭載する工程と、前記電子部品の上方から、前記ランドにおける前記電子部品の周囲に張り出した張出部上に溶融状態の半田を吐出して、半田を追加供給する工程と、熱処理により前記半田ペーストと前記追加供給した半田とを溶融して、前記電子部品と前記ランドとを半田接続する工程と、を備えるものである。

第１の形態によれば、溶融状態の半田１０６を電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの上方から吐出してランド１０１上に供給するので、各電子部品１０３Ａ−１０３Ｇ間の間隔が狭くても、また各電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの高さが揃っていなくても、容易にランド１０１に半田を追加供給できる。

また電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの上方から溶融状態の半田１０６を吐出してランド１０１上に供給するので、溶融状態の半田１０６の吐出開始位置を電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの形状に合わせて移動させるだけで、電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの形状が、矩形の場合は勿論、矩形以外のどんな形状の場合であっても、容易にランド１０１に半田を追加供給できる。

実施の形態１．
この実施の形態に係る電子部品の実装方法は、半田により電子部品を基板に実装する方法であり、図１の様に、半田ペースト印刷工程と、部品搭載・接着工程と、溶融半田供給工程と、リフロー工程とを備えている。ここでは、電子部品は、例えば、ＳＯＰやＱＦＰ等の様に、その両側面にリード端子が配設されてパッケージングされて構成されている。

半田ペースト印刷工程では、基板のランド上に半田ペーストが印刷により供給される。その際、メタルマスクを用いたスクリーン印刷等の印刷方法により、半田ペーストがランド上にパターン形成されて供給される。

部品搭載・接着工程では、前記半田ペーストの供給された前記ランド上に電子部品が搭載される。その際、半田ペーストに含有されたフラックスの作用により、電子部品が前記ランドに接着される。この接着により電子部品は、リフロー工程までの間、基板上に固定される。

溶融半田供給工程では、前記電子部品の上方から、前記ランドにおける前記電子部品の周囲に張り出した張出部上に溶融状態の半田が吐出されて、半田が追加供給される。この工程は、半田ペースト印刷工程の半田供給だけでは、半田が不足している電子部品に対してのみ行われる。

リフロー工程では、例えばリフロー炉内での熱処理により、半田ペースト印刷工程で供給された半田ペーストと、溶融半田供給工程で追加供給された半田とが同時に溶融されて、電子部品とランドとが半田接続される。この実施の形態では、このリフロー工程以外に熱処理は不要である。

次に図２を用いて、この実施の形態に係る電子部品の実装方法について具体的な説明を行う。図２では、サイズの異なる複数の電子部品１０３（１０３Ａ−１０３Ｇ）を基板１００に実装する場合の一例が示されている。

まず図２の工程（ａ）では、電子部品を実装する基板１００を準備する。この基板１００には、電子部品を搭載するための半田付け用のランド１０１が複数形成されている。各ランド１０１のサイズは、それに搭載される電子部品のサイズに応じて形成されている。ここでは、対向配置する一対のランド１０１が、１つの電子部品に対応している。

そして図２の工程（ｂ）（即ち半田ペースト印刷工程）で、基板１００の各ランド１０１上にメタルマスク（図示省略）を用いて半田ペースト１０２を印刷することで、それら各ランド１０１の上面全体に、均一な厚さで半田ペースト１０２を供給する。

その際、面積の大きいランド１０１では、半田ペースト１０２だけでは、半田の量が不足するので、半田を追加供給する必要がある。例えば、ランド１０１Ｂの面積は小さいので、半田ペースト１０２のみで半田は十分であるが、それ以外のランド１０１は面積が大きいので、電子部品の実装時に良好なフィレットが形成されるめには、半田ペースト１０２のみでは半田が不足する。そのため、ランド１０１Ｂ以外のランド１０１には、後の工程（ｄ）で半田が追加供給される。

そして図２の工程（ｃ）（即ち部品搭載・接着工程）で、各ランド１０１上に電子部品１０３Ａ−１０３Ｇを搭載する。その際、各電子部品１０３Ａ−１０３Ｇは、各ランド１０１に供給された半田ペースト１０２に含まれるフラックスの作用により、各ランド１０１に接着される。

そして図２の工程（ｄ）（即ち溶融半田供給工程）で、電子部品１０３Ａ，１０３Ｃ−１０３Ｇの搭載されたランド（即ち半田の追加供給の必要なランド）１０１におけるその電子部品の周囲に張り出した張出部１０１ａ上に、溶融状態の半田１０６を液滴状に吐出可能な吐出装置１０８を用いて、電子部品１０３Ａ，１０３Ｃ−１０３Ｇの上方から溶融状態の半田１０６を液滴状に吐出して、各ランド１０１に半田１０６を追加供給する。ここでは、電子部品１０３Ｂの搭載されたランド１０１Ｂには、上述の通り、溶融状態の半田１０６は追加供給されない。

その際、各ランド１０１の張出部１０１ａに追加供給される溶融状態の半田１０６は、そのランド１０１上に搭載された電子部品１０３Ａ，１０３Ｃ−１０３Ｇの側面に沿って積み上げられて追加供給される。その際、積み上げる高さ調整することで、半田１０６の追加供給量の調整が行われる。

そして、吐出装置１０８の位置（即ち溶融状態の半田１０６の吐出開始位置）を電子部品の形状に合わせて横方向に移動させることで、各ランド１０１の張出部１０１ａ上の例えば数カ所に、上述の様にして半田１０６を追加供給する。

吐出装置１０８としては、例えば特開２０００−２９４５９１に開示されているバンプ形成装置を使用しても良い。このバンプ形成装置は、図３の様に、溶融状態の半田１０６を貯蔵する第１のタンク３と、半田１０６の流入口５を有するキャビティ６と、キャビティ６の下部に配置されたノズル８と、ダイアフラム９及び圧電素子１０によって構成された加圧素子と、第１のタンク３、配管４及びキャビティ６を加熱する第１のヒータ１１と、不活性ガスをノズル８の開口部７に導入する不活性ガス導入管２４とを備えている。

尚、図３中、符号１８，２０は不活性ガス導入管であり、符号１９，２１は不活性ガス排気管であり、符号１４は個体状の半田を貯蔵する第２のタンクであり、符号１３は、第２のタンク１４の開口部であり、符号１５は、第２のタンク１４に貯蔵された半田を溶融する第２のヒータであり、符号１６は、第１のタンク３内の溶融状態の半田１０６の液面高さを検出する液面検出器であり、符号１７は、液面検出器１６からの検出信号に基づいて第２のヒータ１５を制御する液面制御部である。

このバンプ形成装置の主要部分の動作説明をすると、まず配管４を通じて第１のタンク３からキャビティ６に溶融状態の半田１０６が供給される。そして電圧印加により圧電素子１０を伸張させることで、その圧電素子１０と接するダイヤフラム９を変位させ、その変位によるダイヤフラム９からの圧力により、キャビティ６内の溶融状態の半田１０６をノズル８の開口部７から液滴状に吐出させる。その際、不活性ガス導入管２４によりノズル開口部７付近に不活性ガスが導入され、その不活性ガスにより、ノズル８から吐出された溶融状態の半田１０６の酸化が防止される。この様にして、バンプ形成装置から溶融状態の半田１０６が液滴状に吐出される。

尚、吐出装置１０８は、上記のバンプ形成装置に限定されず、溶融状態の半田１０６を空中から液滴状に吐出可能なものであれば、様態は問わない。

そして最後に、リフロー工程で、この基板１００を例えばリフロー炉内で熱処理することで、半田１０６が追加供給されたランド１０１では、半田ペースト１０２と追加供給された半田１０６とが同時に溶融して、その溶融半田により、それら各ランド１０１と各電子部品１０３Ａ，１０３Ｃ−１０３Ｇとが半田接続され、他方、半田１０６が追加供給されていないランド１０１Ｂでは、半田ペースト１０２のみが溶融し、その溶融半田により、そのランド１０１Ｂと電子部品１０３Ｂとが半田接続される。

この様に半田接続することで、各電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの側面には、図４の様に、上記の溶融半田により良好な（即ち例えば電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの上面まで達した）フィレット１０７が形成される。この様にして各電子部品１０３Ａ−１０３Ｇが基板１００に実装される。

以上に説明した電子部品の実装方法によれば、溶融状態の半田１０６を電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの上方から吐出してランド１０１上に供給するので、各電子部品１０３Ａ−１０３Ｇ間の間隔が狭くても、また各電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの高さが揃っていなくても、容易にランド１０１に半田を追加供給できる。

また電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの上方から溶融状態の半田１０６を吐出してランド１０１上に供給するので、溶融状態の半田１０６の吐出開始位置を電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの形状に合わせて移動させるだけで、電子部品１０３Ａ−１０３Ｇの形状が、矩形の場合は勿論、矩形以外のどんな形状の場合であっても、容易にランド１０１に半田を追加供給できる。

また溶融状態の半田１０６は積み上げて供給されるので、半田１０６の追加供給量を、各電子部品１０３Ａ−１０３Ｇ毎に自由に設定できると共にランド１０１の張出部１０１ａが狭くても（即ちランド１０１をそれほど大きく拡大しなくても）多量に設定できる。

実施の形態２．
実施の形態１において、ランド１０１の張出部１０１ａをランド１０１の周囲に部分的に形成しても良い。以下、その様にした場合の一例を図５を用いて説明する。

即ちその様にした場合の、半田の追加供給の必要なランド１０１の形状は、図５（ａ）の様に、電子部品の形状に応じた形状のランド本体１０１ｐと、溶融状態の半田１０６が供給される張出部１０１ｑとが組み合わせた形状に形成される。ここでは、張出部１０１ｑは、ランド本体１０１ｐの周囲に部分的に形成され、各張出部１０１ｑは、例えば、溶融状態の半田１０６の液滴程度の大きさの領域（比較的小さい領域）で且つ略半円状に形成されている。尚、図５の張出部１０１ｑの形状および大きさは、一例であり、これに限定はされず、基板１００のランド１０１の配置から可能な形状および大きさに形成すれば良い。

またその様にした場合、半田ペースト印刷工程では、通常は、半田を多く供給するためにランド１０１の上面全体に半田ペースト１０２を供給するが、この実施の形態では、半田の追加供給の必要なランド１０１に対しては、図５（ｂ）の様に、メタルマスクを用いたスクリーン印刷等の印刷方法により、半田ペースト１０２を、ランド本体１０１ｐにのみ供給して張出部１０１ｑには供給しない様にする。そして溶融半田供給工程では、半田ペースト１０２の供給されていない張出部１０１ｑに、実施の形態１の場合と同様に、溶融状態の半田１０６を吐出して、半田の追加供給を行う。

尚、他の工程は、実施の形態１と同様である。

以上に説明した電子部品の実装方法によれば、複数の電子部品を１枚の基板１００上に実装する場合は、ランド１０１の面積を拡大するのは困難であるが、この実施の形態では、張出部１０１ｑをランド本体１０１ｐの周囲に部分的に形成するので、ランド１０１の面積が大きくなり過ぎることを防止しつつ、張出部１０１ｑを確保できる（即ち多量の半田を追加供給できる）。

また半田ペースト印刷工程では、張出部１０１ｑに半田ペースト１０２を供給しないので、半田ペースト１０２の供給量を低減できる。

尚、この実施の形態において、電子部品の間隔が狭い場合（即ち隣接するランド１０１の間隔が狭い場合）は、図６の様に、各ランド１０１の張出部１０１ｑを、隣接するランド１０１間Ｓで、互い違いに形成しても良い。この様にすれば、電子部品の間隔が狭い場合でも、各ランド１０１間Ｓで半田ブリッジが発生する事を抑制できる。

実施の形態３．
実施の形態１において、ランド１０１における半田ペースト１０２の供給領域の面積を、そのランド１０１に搭載される電子部品のサイズと同程度まで小さくして、そのランド１０１の張出部（電子部品の周囲に張り出す部分）１０１ａに半田ペースト１０２を供給しない様にしても良い。以下、その様にした場合の一例を図７を用いて説明する。

即ちその様にする場合、実施の形態１の半田ペースト印刷工程で、図７の様に、半田の追加供給の必要なランド１０１における半田ペースト１０２の供給領域１０１ｓの面積を、そのランド１０１の上面全体から、そのランド１０１に搭載される電子部品のサイズと略同等の面積に変更して、半田ペースト１０２をランド１０１に供給する。通常、ランドのサイズは、それに搭載される電子部品のサイズより若干大きいので、ランド１０１の周縁に半田ペースト１０２の供給されない領域が残る（これが張出部１０１ａになる）。

そして溶融半田追加工程で、実施の形態１の場合と同様に、その張出部１０１ａに溶融状態の半田１０６を追加供給する。

尚、他の工程は、実施の形態１と同様である。

以上に説明した電子部品の実装方法によれば、ランド１０１における半田ペースト１０２の供給領域１０１ｓの面積が、そのランド１０１に搭載される電子部品のサイズと略同等の面積に小さくされるので、半田ペースト１０２の供給量を低減できる。

実施の形態４．
実施の形態１において、溶融状態の半田１０６をランド１０１に追加供給する際、吐出装置１０８の位置を少しずつ移動させつつその半田１０６を吐出することで、図８の様に、その半田１０６を、その半田１０６が吐出されるランド１０１に搭載された電子部品１０３の側面１０３ａ側にもたれかかる様に積み上げて追加供給しても良い。

尚、ランド１０１の張出部１０１ａの張出幅が狭くて、溶融状態の半田１０６を電子部品１０３の側面１０３ａにもたれかかる様に積み上げることが困難な場合は、図９の様に、溶融状態の半田１０６を、隣りに積み上げられた半田１０６ｓにもたれかかる様に積み上げても良い。尚、図９では、積み上げられた一対の半田１０６，１０６ｓが、互いにもたれあう様に積み上げられている。

この様にすることで、溶融状態の半田１０６を積み上げて供給した際に、その積み上げた半田１０６が隣りのランド１０１側に倒れる事を防止でき、これにより半田ブリッジや半田ボールが発生する事を防止できる。

尚、実施の形態１−４の組み合わせも、本発明の実施の形態に含まれるものとする。

実施の形態１に係る電子部品の実装方法の工程フローを示す図である。 実施の形態１に係る電子部品の実装方法の具体例を示す図である。 実施の形態１で使用する吐出装置１０８の構成の一例を示す図である。 実施の形態１に係る電子部品の実装方法における、リフロー工程後の電子部品１０３の断面図であり、電子部品１０３およびフィレット１０７形状を示した図である。 実施の形態２に係る電子部品の実装方法におけるランド１０１の形状の一例を示した図である。 実施の形態２に係る実装方法における、隣接したランド間Ｓでの各ランド１０１の張出部１０１ｑの配置の一例を示した図である。 実施の形態３に係る実装方法における、ランド１０１における半田ペースト供給領域１０１ｓの形状の一例を示した図である。 実施の形態４に係る実装方法における、溶融状態の半田１０６の積み重ね方の一例を示した図である。 実施の形態４に係る実装方法における、溶融状態の半田１０６の積み重ね方の他の一例を示した図である。

符号の説明

１００ 基板、１０１ ランド、１０１ａ，１０１ｑ 張出部、１０１ｐ ランド本体、１０１ｓ 半田ペーストの供給領域、１０２ 半田ペースト、１０３，１０３Ａ−１０３Ｇ 電子部品、１０３ａ 電子部品の側面、１０６ 溶融状態の半田、１０７ フィレット、１０８ 吐出装置。

Claims (6)

1. 基板のランド上に半田ペーストを供給する工程と、
   前記半田ペーストの供給された前記ランド上に電子部品を搭載する工程と、
   前記電子部品の上方から、前記ランドにおける前記電子部品の周囲に張り出した張出部上に溶融状態の半田を吐出して、半田を追加供給する工程と、
   熱処理により前記半田ペーストと前記追加供給した半田とを溶融させて、前記電子部品と前記ランドとを半田接続する工程と、
   を備えることを特徴とする電子部品の実装方法。
2. 前記溶融状態の半田は、積み上げられて追加供給され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。
3. 前記溶融状態の半田は、その半田が吐出される前記ランドに搭載された前記電子部品の側面にもたれかかる様に、または隣りに積み上げられて追加供給された前記溶融状態の半田にもたれかかる様に積み上げられることを特徴とする請求項２に記載の電子部品の実装方法。
4. 前記ランドは、
   前記電子部品の形状に応じた形状のランド本体と、
   前記ランド本体の周囲に部分的に形成された前記張出部と、
   を備え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。
5. 前記ランドが複数存在する場合において、前記各ランドの前記張出部は、隣接するランド間で、互い違いに形成されることを特徴とする請求項４に記載の電子部品の実装方法。
6. 前記ランドにおける前記半田ペーストの供給領域の面積は、当該ランドに搭載される電子部品のサイズと略同等の面積であ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。

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