JP2011228485A - 電子部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体配線基板に電子部品を半田接合により実装するにあたって、安価で効率的で且つ高い実装信頼性を確保することが可能な実装方法を提供することにある。
【解決手段】底部に電極パッド４ａ、４ｂ、４ｃが設けられた複数の凹部２ａ、２ｂ、２ｃを有する立体配線基板１の一部の領域に半田ペーストパターン９ａ、９ｂ、９ｃを印刷形成し、半田ペーストパターン９ａ、９ｂ、９ｃの転写により電極に半田ペーストが塗布された電子部品１１、１２、１３を凹部２ａ、２ｂ、２ｃ内に載置して電子部品１１、１２、１３の電極１１ａ、１２ａ、１３ａと凹部底部の電極パッド４ａ、４ｂ、４ｃを半田を介して電気的に接合するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品実装方法に関するものであり、詳しくは、ＭＩＤ基板等の立体配線基板の凹部底部にＳＭＤ（表面実装）型の電子部品をはんだ接合により実装する方法に関する。

電子部品に係わるこの種の実装方法としては、例えば、図４に示す方法が提案されている。それは、ベース部材８０にベース部材８０の厚み方向に可動可能に可動部材８１が備えられ、ベース部材８０の表面と可動部材８１の表面が面一の状態で該可動部材８１の表面にメタルマスク８２を介してスキージ８９の走査によりはんだ８３によるパターンが形成される（（ａ）及び（ｂ）の工程参照）。

次に、ベース部材８０を表裏反転させて立体配線基板８４上に載置すると共に可動部材８１を立体配線基板８４の凹部８５内に可動して突出させ、凹部８５の底部８６に形成された回路パターンの電極部（図示せず）にはんだ８３を当接させ押圧して転写する。そして、はんだ８３を加熱処理により一旦溶融させた後に冷却処理により硬化させる（（ｃ）及び（ｄ）の工程参照）。

次に、可動部材８１を備えたベース部材８０を立体配線基板８４上から退避させ、立体配線基板８４の凹部８５の底部８６に転写されたはんだ８３に電子部品８７の電極部８８を接触させた状態で加熱処理を行うことにより、電子部品８７が回路パターンにはんだ接合され実装される（（ｅ）の工程参照）（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−２１７５３２号公報

ところで、上述の電子部品実装方法においては、はんだ印刷装置に可動部が増えて機構が複雑化し、装置の高価格化を招くことになる。

また、立体配線基板の凹部の深さが均一ではなく異なる深さの凹部が混在する場合は、可動部材によるはんだ押圧の均一性を確保することが困難となり、はんだ接合による電子部品の実装信頼性が十分に得られるかどうかは疑問である。このような問題を含めて可動部材の可動制御が煩雑となる可能性がある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、立体配線基板に電子部品を半田接合により実装するにあたって、安価で効率的で且つ高い実装信頼性を確保することが可能な実装方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、底部に電極パッドが設けられた複数の凹部を有する立体配線基板の一部の領域に、複数の開口を有する平板マスクを用いて半田ペーストパターンを印刷形成する工程と、前記立体配線基板の前記一部の領域に、電子部品を載置押圧して該電子部品の電極に前記半田ペーストパターンを転写する工程と、前記転写により塗布された半田ペーストを前記電極パッドに当接させた状態で前記電子部品を前記凹部底部に載置する工程と、前記半田ペーストを加熱して溶融させ冷却して固化させることで前記電子部品の電極と前記電極パッドを半田を介して電気的に接合する工程と、前記立体配線基板の前記一部の領域を切断除去する工程と、を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記複数の凹部は、複数の異なる深さを有する凹部からなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記立体配線基板の前記一部の領域は、捨て基板部であることを特徴とするものである。

本発明の電子部品実装方法は、底部に電極パッドが設けられた複数の凹部を有する立体配線基板の一部の領域に半田ペーストパターンを印刷形成し、半田ペーストパターンの転写により電極に半田ペーストが塗布された電子部品を凹部内に載置して電子部品の電極と凹部底部の電極パッドを半田を介して電気的に接合するようにした。

その結果、既存の印刷装置を用いて半田ペーストパターンを印刷することが可能となり、特別な設備を必要とすることなく立体配線基板に簡単に作業効率よく部品実装を行うことができるために製造コストの低減を図ることができる。

また、電子部品の電極への半田ペーストパターンの転写、及び凹部の底部への電子部品の実装はいずれも自動マウンタによりその位置及び押圧を高精度に制御することができる。そのため、電子部品を同一状態で再現性良く実装することができ、信頼性の高い電子部品実装モジュールを実現することが可能となる。

更に、立体配線基板の変更に対しては平板マスクを交換することで対応が可能となるため、立体配線基板の変更に対して迅速な対応が可能であると共に、印刷装置に対する更なる追加コストの負担が少なくてすむ。

本発明の電子部品実装方法に係わる製造工程図である。 同じく、本発明の電子部品実装方法に係わる製造工程図である。 光学部品を実装した電子部品実装モジュールの説明図である。 従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

以下、本発明の電子部品実装方法について、図１を参照して工程順に説明する。

まず、（ａ）の基板準備工程において、導電部材による配線パターン（図示せず）が形成されてなる立体配線基板１を準備する。立体配線基板１は、例えば、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＡ(ポリフタルアミド)、ＣＯＣ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＥＥＫ（ポリフェニレンサルファイド）、アルミナ、アルミナイトライド等の材料が用いられる。

そして、上記いずれかの材料を用いて、例えば、ＭＩＤ（Molded Interconnection Device）法により配線パターンが形成された立体配線基板１を作製する。ＭＩＤ法は、具体的な工程の一例として、一次成形によって所望の形状の一次成形品を作製し、後工程のメッキ処理工程において、メッキの接着力を高めるために表面をエッチングしてマイクロアンカーを形成した後、該マイクロアンカーを覆うようにメッキが反応する触媒を全面に亘って付与する。

そして、触媒上の全面に亘って第１のメッキ層を形成し、第１のメッキ層上の、配線パターンの不要な部分に水溶性樹脂を用いるインサート成形によってマスキングを施し、マスキングが施されていない部分に金属の電解メッキによる第２のメッキ層を析出させて配線パターンを形成する。

その後、マスクを除去し、更に第１のメッキ層の、マスクで覆われていた部分を除去することにより、第１のメッキ層及び第２のメッキ層の二層構造からなる層厚の厚い配線パターンが形成される。

このように作製された立体配線基板１は、深さの異なる第１の凹部２ａ、第２の凹部２ｂ、第３の凹部２ｃを有しており、夫々の凹部２ａ、２ｂ、２ｃの底部３ａ、３ｂ、３ｃには電子部品の電極との間で半田接合を行うための配線パターンの電極パッド４ａ、４ｂ、４ｃが設けられている。

次に、（ｂ）の半田印刷工程において、立体配線基板１上に、所定の位置に所定の外形寸法の開口部５が複数個設けられた平板マスク６を載置し、平板マスク６上に供給された半田ペースト７を平板マスク６上を加圧摺動するスキージ８で延ばして開口部５に充填し、立体配線基板１上に複数の半田ペーストパターン９が形成される。

この場合、立体配線基板１の、半田ペーストパターン９が形成される領域は、凹部２ａ、２ｂ、２ｃが設けられた部分以外の領域であり、具体的には、個々の電子部品実装基板として完成した後に不要となって破棄される、所謂捨て基板と呼ばれる部分（以下、捨て基板部と称する）１０である。

また、半田ペーストパターン９は、後述する第１の電子部品１１の電極配置と同一配置で且つ夫々の電極よりも大きい形状寸法を有する互いに分離独立した複数の第１の半田ペーストパターン９ａ、第２の電子部品１２の電極配置と同一配置で且つ夫々の電極よりも大きい形状寸法を有する互いに分離独立した複数の第２の半田ペーストパターン９ｂ及び第３の電子部品１３の電極配置と同一配置で且つ夫々の電極よりも大きい形状寸法を有する互いに分離独立した複数の第３の半田ペーストパターン９ｃからなっている。

次に、（ｃ）の第１の電子部品１１の実装工程において、第１の電子部品１１を、該第１の電子部品１１の電極１１ａを第１の半田ペーストパターン９ａに当接して押圧した状態で立体配線基板１の捨て基板部１０上に載置し、電子部品１１の電極１１ａに半田ペーストパターン９ａの半田ペーストを転写する。

その後、第１の電子部品１１を立体配線基板１から引き上げ、電極１１ａに、転写により半田ペースト７が塗布されてなる第１の電子部品１１を第１の凹部２ａ内に収容し、電極１１ａに塗布された半田ペースト７を第１の凹部２ａの底部３ａに設けられた電極パッド４ａに当接して押圧した状態で載置する。

次に、（ｄ）の第２の電子部品１２の実装工程において、第２の電子部品１２を、該第２の電子部品１２の電極１２ａを第２の半田ペーストパターン９ｂに当接して押圧した状態で立体配線基板１の捨て基板部１０上に載置し、電子部品１２の電極１２ａに半田ペーストパターン９ｂの半田ペーストを転写する。

その後、第２の電子部品１２を立体配線基板１から引き上げ、電極１２ａに、転写により半田ペースト７が塗布されてなる第２の電子部品１２を第２の凹部２ｂ内に収容し、電極１２ａに塗布された半田ペースト７を第２の凹部２ｂの底部３ｂに設けられた電極パッド４ｂに当接して押圧した状態で載置する。

次に、（ｅ）の第３の電子部品１３の実装工程において、第３の電子部品１３を、該第３の電子部品１３の電極１３ａを第３の半田ペーストパターン９ｃに当接して押圧した状態で立体配線基板１の捨て基板部１０上に載置し、電子部品１３の電極１３ａに半田ペーストパターン９ｃの半田ペーストを転写する。

その後、第３の電子部品１３を立体配線基板１から引き上げ、電極１３ａに、転写により半田ペースト７が塗布されてなる第３の電子部品１３を第３の凹部２ｃ内に収容し、電極１３ａに塗布された半田ペースト７を第３の凹部２ｃの底部３ｃに設けられた電極パッド４ｃに当接して押圧した状態で載置する。

なお、上記（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）の電子部品実装工程において、夫々の電子部品１１、１２、１３を半田ペーストパターン９ａ、９ｂ、９ｃが形成された、立体配線基板１の捨て基板部１０上に載置してする作業、及びそれに続く、夫々の電極１１ａ、１２ａ、１３ａに半田ペースト７が塗布されてなる電子部品１１、１２、１３を立体配線基板１の各凹部２ａ、２ｂ、２ｃの底部３ａ、３ｂ、３ｃに実装する作業は、電子部品の位置決めを行うアライメント機構及び電子部品の吸着搬送機構を有する自動実装機（マウンタ）が用いられる。

その場合、各電子部品の電極に半田ペーストを転写する作業、及びそれに続く、電極に半田ペーストが塗布されてなる電子部品を立体配線基板の凹部に実装する作業は、夫々別々のマウンタを用いて行ってもよいし、１つのマウンタで夫々の作業を兼ねて行うようにしてもよい。

最後に、（ｆ）の基板個片化工程において、半田ペーストパターン９ａ、９ｂ、９ｃを転写した後の残存半田ペースト７ａ、７ｂ、７ｃが残った捨て基板部１０を切断して除去（破棄）する。すると、第１の凹部２ａ内に第１の電子部品１１が実装され、第２の凹部２ｂ内に第２の電子部品１２が実装され、第３の凹部２ｃ内に第３の電子部品１３が実装されてなる、個片化した所望の電子部品実装モジュール２０が完成する。

ところで、上記工程においては、立体配線基板１の捨て基板部１０に半田ペーストパターン９ａ、９ｂ、９ｃを形成した後、第１の電子部品１１の電極１１ａに第１の半田ペーストパターン９ａを転写してそれを第１の凹部２ａ内に実装し、次に第２の電子部品１２の電極１２ａに第２の半田ペーストパターン９ｂを転写してそれを第２の凹部２ｂ内に実装し、次に第３の電子部品１３の電極１３ａに第３の半田ペーストパターン９ｃを転写してそれを第３の凹部２ｃ内に実装するようにした。

これに対し、図２に示すように、立体配線基板１の捨て基板部１０に、複数の開口部を有する平板マスクを用いて第１の半田ペーストパターン９ａ、第２の半田ペーストパターン９ｂ及び第３の半田ペーストパターン９ｃを印刷形成（図２（ａ）参照）した後、第１の電子部品１１、第２の電子部品１２及び第３の電子部品１３を立体配線基板１の捨て基板部１０上に載置して夫々の電子部品１１、１２、１３の電極１１ａ、１２ａ、１３ａに各半田ペーストパターン９ａ、９ｂ、９ｃを転写し（図２（ｂ）参照）、その後、第１の電子部品１１を第１の凹部２ａ内に、第２の電子部品１２を第２の凹部２ｂ内に、第３の電子部品１３を第３の凹部２ｃ内に夫々実装し（図２（ｃ）参照）、最後に、半田ペーストパターン９ａ、９ｂ、９ｃを転写した後の残存半田ペースト７ａ、７ｂ、７ｃが残った捨て基板部１０を切断、除去して個片化した所望の電子部品実装モジュール２０を得る（図２（ｄ）参照）方法も可能である。

いずれにしても、上述のような作業工程を有する電子部品実装方法は、立体配線基板の捨て基板部に既存の印刷装置を用いて半田ペーストパターンを印刷し、既存の自動マウンタを用いてその半田ペーストパターンを電子部品の電極に転写して予備半田を行い、予備半田の半田ペーストが塗布されてなる電子部品を既存の自動マウンタを用いて立体配線基板の凹部内に実装するものである。

その結果、特別な設備を必要とすることなく立体配線基板に簡単に作業効率よく部品実装を行うことができ、製造コストの低減を図ることができる。

また、半田ペーストパターンの、電子部品の電極への転写時の押圧、及び凹部の底部への電子部品実装時の押圧はいずれも自動マウンタにより高精度に制御される。そのため、立体配線基板に設けられた複数の凹部の深さが異なる場合であっても、いずれの凹部に対しても電子部品を同一状態で再現性良く実装することができ、信頼性の高い電子部品実装モジュールを実現することが可能となる。

また、半田ペーストパターンの、電子部品の電極への転写時、及び凹部の底部への電子部品実装時において、電子部品の載置位置は自動マウンタにより高精度に制御される。そのため、特に、電子部品が発光素子や受光素子等の光学素子の場合、良好な光学特性を有する電子部品実装モジュールを再現性よく実現することができる。

更に、凹部の位置、寸法形状及び深さの異なる立体配線基板に対しては、「背景技術」で説明した従来の電子部品実装方法においては、可動部材を備えたベース部材のような複雑な可動機構部材を新規に設計、製作する必要がある。そのため、立体配線基板の変更に対して迅速な対応が困難であると共に、印刷装置に対する更なる大きな追加コストの負担が発生する。

それに対し、上記実施形態で説明した電子部品実装方法は、立体配線基板の変更に対して平板マスクを交換することで対応が可能となる。そのため、立体配線基板の変更に対して迅速な対応が可能であると共に、印刷装置に対する更なる追加コストの負担が少なくてすむ。

なお、立体配線基板に実装される電子部品は、上記したようにＳＭＤ型のものが用いられるが、ＳＭＤ型の電子部品には、下面（実装面）の電極パッドに導電性部材からなるバンプが設けられたフリップチップタイプや、下面や側面に電極パッドなどの金属接合端子が設けられた半田接合タイプのものがある。

そこで、立体配線基板にフリップチップタイプと半田接合タイプを混在して実装することも不可能ではないが、全ての電子部品に半田接合タイプを用い、印刷及び転写による一括予備半田が可能な本発明の電子部品実装方法を採用することにより作業の効率化を図ることができる。

立体配線基板に実装される電子部品は、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ等の電子回路に一般的に用いられる部品が対象となるが、図３の電子部品実装モジュール２０に示すように、電子部品がＬＥＤなどの発光素子１４ａ及びフォトダイオードなどの受光素子１４ｂといった光学部品１４の場合は、実装する凹部２の内側面１５を傾斜反射面として光路形成に活用することにより、光学特性の向上を実現することができる。

本発明は、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などに利用することができる。

１… 立体配線基板
２… 凹部
２ａ… 第１の凹部
２ｂ… 第２の凹部
２ｃ… 第３の凹部
３ａ、３ｂ、３ｃ… 底部
４ａ、４ｂ、４ｃ… 電極パッド
５… 開口部
６… 平板マスク
７… 半田ペースト
７ａ、７ｂ、７ｃ… 残存半田ペースト
８… スキージ
９… 半田ペーストパターン
９ａ… 第１の半田ペーストパターン
９ｂ… 第２の半田ペーストパターン
９ｃ… 第３の半田ペーストパターン
１０… 捨て基板部
１１… 第１の電子部品
１１ａ… 電極
１２… 第２の電子部品
１２ａ… 電極
１３… 第３の電子部品
１３ａ… 電極
１４… 光学部品
１４ａ… 発光素子
１４ｂ… 受光素子
１５… 内側面
２０… 電子部品実装モジュール

Claims (3)

1. 底部に電極パッドが設けられた複数の凹部を有する立体配線基板の一部の領域に、複数の開口を有する平板マスクを用いて半田ペーストパターンを印刷形成する工程と、
   前記立体配線基板の前記一部の領域に、電子部品を載置押圧して該電子部品の電極に前記半田ペーストパターンを転写する工程と、
   前記転写により塗布された半田ペーストを前記電極パッドに当接させた状態で前記電子部品を前記凹部底部に載置する工程と、
   前記半田ペーストを加熱して溶融させ冷却して固化させることで前記電子部品の電極と前記電極パッドを半田を介して電気的に接合する工程と、
   前記立体配線基板の前記一部の領域を切断除去する工程と、を有することを特徴とする電子部品実装方法。
2. 前記複数の凹部は、複数の異なる深さを有する凹部からなることを特徴とする請求１に記載の電子部品実装方法。
3. 前記立体配線基板の前記一部の領域は、捨て基板部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品実装方法。

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