JP2012069839A - 電子部品実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】バンプ付きの電子部品を部分的に樹脂補強材によって基板に固着して補強する実装形態において、樹脂補強材が電極を局部的に覆うことに起因するはんだ接合性の低下を有効に防止することができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】第１の熱硬化性樹脂に第１の活性成分を配合した熱硬化型フラックス８を介してバンプ２を電極６に着地させ、第２の熱硬化性樹脂に第２の活性成分を配合した樹脂補強材１０を電子部品１の補強部位１ａに接触させた後に基板５を加熱し、バンプ２と電極６とを接合するはんだ接合部２＊を形成するとともに、はんだ接合部を周囲から補強する樹脂補強部を形成する形態の部品実装に際して、熱硬化型フラックス８および樹脂補強材１０の配合組成において、第２の活性成分の配合比率を第１の活性成分の配合比率よりも大きくする。
【選択図】図５
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【選択図】図５
Description
本発明は、下面にはんだを成分とするバンプが形成されたバンプ付きの電子部品を、基板に形成された電極にはんだ接合して実装する電子部品実装方法に関するものである。
半導体装置などの電子部品を基板に実装する方法として、半導体装置の下面にはんだを成分として形成されたバンプを基板の電極にはんだ接合して導通させる方法が広く用いられている。バンプと電極とのはんだ接合のみによっては、電子部品を基板に保持させる保持力が不十分である場合が多いため、通常は電子部品と基板とをエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によって樹脂補強することが行われる。
従来より、この樹脂補強については電子部品が実装された後に基板と電子部品との隙間にアンダーフィル樹脂を充填する方法が広く用いられていた。しかしながら近年の電子部品の微細化に伴って、基板と電子部品との隙間に樹脂を充填させることが困難となっている。このため、実装後の電子部品の樹脂補強の方法として、電子部品の搭載前にバンプをはんだ接合するためのフラックスなどの接合材料とともに、電子部品のコーナ部などの補強部位を基板に固着するための樹脂補強材を塗布して、部品搭載後に樹脂補強材を硬化させる、いわゆる「樹脂先塗り」による樹脂補強方法が用いられるようになっている（特許文献１参照）。
この特許文献例においては、はんだ接合により基板に実装される半導体パッケージの搭載に先立って、基板の実装面部の複数箇所にはんだフラックス機能を具備した補強材料を塗布しておき、部品搭載後に補強材料を熱硬化させて半導体パッケージのはんだ接合部を局所的に補強する例が記載されている。これにより、電子部品の下面を全面的に補強する補強方式と比較して、実装不良発生時に電子部品を容易に基板から取り外すことが可能でリペア作業が容易になるとともに、実装後においてバンプによるはんだ接合部が樹脂補強部によって密閉状態で覆われていないため、再リフロー工程においてはんだ接合部が溶融噴出するはんだフラッシュの発生を防止することができるという利点がある。
しかしながら上述の特許文献１に示す先行技術を含め、従来技術においては、部品搭載前に実行される補強材料の塗布における塗布位置精度に起因して、次のような問題が生じていた。すなわち補強材料としての樹脂補強材の供給においては、ディスペンサなどの塗布手段を用いて樹脂補強材が塗布されるが、このとき、塗布動作の位置制御の精度によっては、樹脂補強材が電極を部分的に覆って塗布される場合が生じる。そしてこのような樹脂補強材が電極上に介在した状態でバンプとのはんだ接合が行われた場合、樹脂補強材が具備するはんだフラックス機能が不十分であるとはんだ接合性が低下して、良好なはんだ接合部の形成が阻害される結果となる。
またこのような樹脂補強材が電極を覆う位置精度不良は、塗布手段による塗布速度を低く設定することにより防止可能であるが、この場合には作業タクトが遅延して生産性の低下を免れない。このように従来技術においては、下面にはんだを成分とするバンプが形成されたバンプ付きの電子部品を、基板に形成された電極に実装する電子部品実装において、樹脂補強材が電極を局部的に覆うことに起因するはんだ接合性の低下を有効に防止することが困難であるという課題があった。
そこで本発明は、バンプ付きの電子部品を部分的に樹脂補強材によって基板に固着して補強する実装形態において、樹脂補強材が電極を局部的に覆うことに起因するはんだ接合性の低下を有効に防止することができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。
本発明の電子部品実装方法は、下面にはんだを成分とするバンプが形成されたバンプ付きの電子部品を、基板に形成された電極に前記バンプをはんだ接合することにより実装する電子部品実装方法であって、第１の熱硬化性樹脂に第１の活性成分を配合した熱硬化型フラックスを前記電極またはバンプに供給するフラックス供給工程と、第２の熱硬化性樹脂に第２の活性成分およびチクソ成分を配合して成り、基板に塗布された状態において型崩れを生じない性状を有する樹脂補強材を、前記基板において少なくとも前記電子部品のコーナ部を含む補強部位に対応した位置に供給する補強材供給工程と、前記フラックス供給工程および補強材供給工程の後に前記電子部品を基板に搭載して、前記バンプを前記熱硬化型フラックスを介して前記電極に着地させるとともに、前記補強部位を前記基板上に供給された樹脂補強材に接触させる部品搭載工程と、前記部品搭載工程後の基板を所定の加熱プロファイルにしたがって加熱することにより、前記バンプを溶融固化させて前記電極と電子部品とを接続するはんだ接合部を形成するとともに、前記熱硬化型フラックスを硬化させて前記はんだ接合部を周囲から補強する樹脂補強部を形成し、さらに前記樹脂補強材を熱硬化させて前記補強部位を前記基板に固着する部分補強部を形成するリフロー工程とを含み、前記熱硬化型フラックスおよび前記樹脂補強材の配合組成において、前記第２の活性成分の配合比率を前記第１の活性成分の配合比率よりも大きくした。
本発明によれば、第１の熱硬化性樹脂に第１の活性成分を配合した熱硬化型フラックスを介してバンプを電極に着地させるとともに、第２の熱硬化性樹脂に第２の活性成分を配合した樹脂補強材を電子部品の補強部位に接触させる部品搭載の後に基板を加熱することにより、バンプと電極とを接合するはんだ接合部を形成するとともにこのはんだ接合部を周囲から補強する樹脂補強部を形成する形態の部品実装に際して、熱硬化型フラックスおよび樹脂補強材の配合組成において、第２の活性成分の配合比率を第１の活性成分の配合比率よりも大きくすることにより、樹脂補強材の供給時の位置ずれなどによって樹脂補強材が電極上にはみ出した場合にあっても、第２の活性成分によって電極とバンプのはんだ接合性を確保することができ、樹脂補強材が電極を局部的に覆うことに起因するはんだ接合性の低下を有効に防止することができる。
まず本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態に示す電子部品実装方法では、下面にはんだを成分とするバンプ２が形成されたバンプ付きの小型の電子部品１を、基板５に形成された電極６にバンプ２をはんだ接合することにより実装する。まず、図１（ａ）（イ）に示すように、下面にはんだを成分とするバンプ２が形成された電子部品１を、部品保持ツール３によって吸着保持して部品供給部（図示省略）から取り出す。これと並行して、図１（ａ）（ロ）に示すように、上面に電極６が形成された基板５を基板保持部４に保持させる。
次いで部品保持ツール３を転写テーブル７上へ移動させて、バンプ２へのフラックス供給が行われる。転写テーブル７は平滑な転写面７ａを有する箱状容器であり、転写面７ａには熱硬化型フラックス８の塗膜が所定厚みで形成されている。ここでは図１（ｂ）（イ）に示すように、電子部品１を保持した部品保持ツール３を転写テーブル７に対して昇降させることにより、電子部品１の下面のバンプ２を熱硬化型フラックス８に接触させる。これにより、バンプ２の下端部には所定量の熱硬化型フラックス８が転写により供給される。
ここで、図２を参照して、熱硬化型フラックス８の組成例について説明する。図２に示すように、熱硬化型フラックス８は、エポキシ樹脂８ａ、硬化剤８ｂ、活性剤８ｃ、チクソ剤８ｄおよび可塑剤８ｅを含んでいる。エポキシ樹脂８ａ（第１の熱硬化性樹脂）としては、ビスフェノールＡ型またはビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂が用いられており、本実施の形態に示す実施例１では４５．０ｗｔ％の配合比率で含有されている。エポキシ樹脂８ａを硬化させる硬化剤８ｂとしては、イミダゾール、酸無水物、ヒドラジド、ポリチオールなどが、７．０ｗｔ％の配合比率で含有されている。活性剤８ｃ（第１の活性成分）は、電極６やバンプ２の表面の酸化膜を除去する作用を有するものであり、有機酸、アミン有機酸塩、アミンハロゲン塩などが、５．５ｗｔ％の配合比率で含有されている。チクソ剤８ｄは熱硬化型フラックス８にチクソ性を付与するために配合され、チクソ剤８ｄとしては脂肪酸アマイドなどの有機系のチクソ剤が、４．０ｗｔ％分配合比率で配合されている。さらに熱硬化型フラックス８に可塑性を付与するための可塑剤８ｅとして、エチレングリコール変性物が３８．５ｗｔ％の配合比率で含有されている。
すなわち上述組成に示すように、熱硬化型フラックス８は、第１の熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂８ａに第１の活性成分である活性剤８ｃを配合した組成となっている。なお熱硬化型フラックス８の供給形態としては、バンプ２に熱硬化型フラックス８を転写により供給する替わりに、電極６上に熱硬化型フラックス８をディスペンスや印刷などの方法で供給するようにしてもよい。すなわち、ここでは、第１の熱硬化性樹脂に第１の活性成分を配合した熱硬化型フラックス８を電極６またはバンプ２に供給する（フラックス供給工程）。
またフラックス供給工程と並行して、基板５に対して樹脂補強材１０をディスペンスにより供給する。ここでは、図１（ｂ）（ロ）に示すように、樹脂補強材１０を貯留したディスペンサ９を基板５上で移動させながら樹脂補強材１０をノズル９ａから吐出させることにより、基板５において予め設定された補強部位に樹脂補強材１０を所定の堤状断面形状で供給する。ここでは、電子部品１のコーナ部を含む外縁部が補強部位として設定されており、これらの補強部位において電子部品１の外縁部を樹脂補強材１０を介して基板５に固着させて補強するようにしている。このとき樹脂補強材１０は、電子部品１において最外縁に位置する電極６に近接して供給される。
ここで、図２を参照して、樹脂補強材１０の組成例について説明する。図２に示すように、樹脂補強材１０は、エポキシ樹脂１０ａ、硬化剤１０ｂ、活性剤１０ｃ、チクソ剤１０ｄおよび可塑剤１０ｅを含んでいる。エポキシ樹脂１０ａ（第２の熱硬化性樹脂）としては、同様にビスフェノールＡ型またはビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂が用いられており、実施例１においては５５．０ｗｔ％の配合比率で含有されている。エポキシ樹脂１０ａを硬化させる硬化剤１０ｂとしては、イミダゾール、酸無水物、ヒドラジド、ポリチオールなどが、１２．０ｗｔ％の配合比率で含有されている。活性剤１０ｃ（第２の活性成分）は、活性剤８ｃ（第１の活性成分）と同様に電極６やバンプ２の表面の酸化膜を除去する作用を有するものであり、有機酸、アミン有機酸塩、アミンハロゲン塩などが、８．５ｗｔ％の配合比率で含有されている。樹脂補強材１０と熱硬化型フラックス８とが電極６上で接触することを想定して、活性剤１０ｃには活性剤８ｃと同じ成分のものを使用している。樹脂補強材１０と熱硬化型フラックス８とが電極６上で接触したとしても、活性剤が共通であれば樹脂補強材１０や熱硬化型フラックス８が想定外の反応を起こす心配がない。
樹脂補強材１０にチクソ性を付与するために配合されるチクソ剤１０ｄとしては、有機系のチクソ剤よりもチクソ性付与効果の高い無機系のチクソ剤が、０．５ｗｔ％の配合比率で配合されている。そして樹脂補強材１０に可塑性を付与するために配合される可塑剤１０ｅとしてのゴム成分が、２４．０ｗｔ％の配合比率で含有されている。上記成分組成において、無機系のチクソ剤としてはチクソ性付与効果の高いシリカ微粒子が使用されるため、樹脂補強材１０のチクソ性は熱硬化型フラックス８のチクソ性よりもはるかに大きな値となる。従って樹脂補強材１０は基板５上に堤状に塗布された状態において型崩れを生じることなく、堤状の断面形状を維持することが可能な性状となっている。これにより、後述する電子部品１の搭載時において、電子部品１の補強部位１ａは確実に堤状の断面形状の樹脂補強材１０に接触する。
すなわち、ここでは第２の熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂１０ａに第２の活性成分である活性剤１０ｃおよびチクソ成分としてのチクソ剤１０ｄを配合して成り、基板５に塗布された状態において型崩れを生じない性状を有する樹脂補強材１０を、基板５において少なくとも電子部品１のコーナ部を含む補強部位に対応した位置に供給する（補強材供給工程）。そして図４に示す熱硬化型フラックス８、樹脂補強材１０の配合組成例においては、樹脂補強材１０における活性剤１０ｃの配合比率を、熱硬化型フラックス８における活性剤８ｃの配合比率よりも大きくしている。ここで、熱硬化型フラックス８における活性剤８ｃに対する、樹脂補強材１０における活性剤１０ｃを数値で表すと、図２に示すように１．５５の値となる。この数値の意義については後述する。
次に、電子部品１の基板５への搭載が行われる。すなわち、図１（ｃ）に示すように、バンプ２への熱硬化型フラックス８の供給が行われた後の電子部品１を保持した部品保持ツール３を、樹脂補強材１０が供給された後の基板５の上方へ移動させ、バンプ２を基板５の電極６に対して位置合わせする。次いで部品保持ツール３を下降させることにより、図１（ｄ）に示すように、バンプ２は熱硬化型フラックス８を介して電極６に着地する。そしてこれとともに電子部品１の補強部位１ａは、基板５上に供給された樹脂補強材１０に接触する。
すなわち、ここでは、フラックス供給工程および補強材供給工程の後に電子部品１を基板５に搭載して、バンプ２を熱硬化型フラックス８を介して電極６に着地させるとともに、電子部品１の補強部位１ａを基板５上に供給された樹脂補強材１０に接触させる（部品搭載工程）。
ここで、部品搭載工程における樹脂補強材１０の挙動について、図３を参照して説明する。本実施の形態において実装対象とする電子部品１は小型部品であることから、図３（ａ）に示すように、最外縁のバンプ２から電子部品１の外端部までのスペースＳは小さく、搭載状態において樹脂補強材１０を接触させて補強代となるべき部分が狭くなっている。このため、基板５において樹脂補強材１０が供給される位置は電極６に対して近接して設定され、樹脂補強材１０は最外縁の電極６にきわめて近接した位置に塗布される。このため、電子部品１を基板５に搭載した状態においては、図３（ｂ）に示すように、電子部品１の補強部位１ａによって押し下げられた樹脂補強材１０は、基板５の上面において内側方向に押し広げられ、一部が電極６の上面を部分的に覆ってバンプ２の下端面と電極６の上面との間に介在する状態となる。
そして基板５はこのような状態のままリフロー装置に送られ、図４（ａ）に示すように、所定の加熱プロファイルにしたがって加熱される。これにより、はんだで形成されたバンプ２が溶融固化して電極６にはんだ接合され、はんだ接合部２＊が形成される。このとき、熱硬化型フラックス８に含有される活性成分の作用によりバンプ２や電極６の表面に生成された酸化膜が除去され、良好なはんだ接合性が確保される。そして熱硬化型フラックス８中のエポキシ樹脂８ａが熱硬化することにより、はんだ接合部２＊を周囲から補強する樹脂補強部８＊が形成される。さらに、樹脂補強材１０が熱硬化することにより、基板５の上面と電子部品１の補強部位１ａとを固着して電子部品１を部分的に補強する部分補強部１０＊が形成される。
すなわち、上述工程においては、部品搭載工程後の基板５を所定の加熱プロファイルにしたがって加熱することにより、はんだよりなるバンプ２を溶融固化させて電極６と電子部品１とを接続するはんだ接合部２＊を形成するとともに、熱硬化型フラックス８を硬化させてはんだ接合部２＊を周囲から補強する樹脂補強部８＊を形成し、さらに樹脂補強材１０を熱硬化させて補強部位１ａを基板５に固着する部分補強部１０＊を形成する（リフロー工程）。
次に図５を参照して、上述のリフロー工程における樹脂補強材１０の挙動およびバンプ２と電極６とのはんだ接合での樹脂補強材１０の作用を説明する。前述のように、部品搭載工程において押し下げられた樹脂補強材１０は、一部が電極６の上面６ａを部分的に覆い、リフロー工程はバンプ２の下端面と電極６の上面６ａとの間に樹脂補強材１０が介在する状態で行われる。このとき、樹脂補強材１０における活性剤１０ｃの配合比率は、熱硬化型フラックス８における活性剤８ｃの配合比率よりも大きく設定されていることから、樹脂補強材１０のように高チクソ性の性状に設定された流動しにくい粘性材料を用いる場合にあっても、電極６の上面６ａやバンプ２の表面２ａに対して十分な活性作用を及ぼすことができる。
すなわち、電子部品１の補強部位１ａと基板５とを固着させる目的で供給される樹脂補強材１０には、型崩れしにくい高チクソ性が求められることから、樹脂補強材１０に含有された活性成分のうち、表面２ａや上面６ａと接触する部分に含有される活性成分のみが、はんだ接合性の向上に寄与する。換言すれば、上面６ａ上において自由に流動することが前提として配合組成が設定させる熱硬化型フラックス８と比較して、樹脂補強材１０における活性成分の有効寄与度は低い。したがって、樹脂補強材１０が供給される補強部位に近接して位置する電極６とバンプ２とのはんだ接合性を良好に確保するためには、樹脂補強材１０における活性剤１０ｃの配合比率は、熱硬化型フラックス８における活性剤８ｃの配合比率よりも大きく設定される必要がある。
本実施の形態においては、図４に示すように、熱硬化型フラックス８における活性剤（第１の活性成分）８ｃの配合比率で樹脂補強材１０における活性剤（第２の活性成分）１０ｃの配合比率を除した活性剤量の比が、１．５５となるように設定している。ここで上述のはんだ接合性を良好に確保するためには、この活性剤量の比を１．２〜１．８の範囲内に設定するのが望ましい。樹脂補強材１０における活性剤１０ｃの配合比率を熱硬化型フラックス８における活性剤８ｃの配合比の１．２倍とすることで、樹脂補強材１０の酸化膜除去能力が熱硬化型フラックス８とほぼ同等になる。樹脂補強材１０における活性剤１０ｃの配合比率を多くすると、樹脂補強材１０の酸化膜除去能力は高まるものの、保存安定性や、マイグレーションの要因となる恐れがあるため熱硬化型フラックス８における活性剤８ｃの配合比の１．８倍までにとどめるのがよいと考えられる。
なお、図２において比較例１として示す樹脂補強材１０、熱硬化型フラックス８の配合組成例は、上述の活性剤量の比が０．９１となって、１．２〜１．８の範囲内からはずれた例を示している。すなわち、この比較例１では、実施例１と同一配合組成を有する熱硬化型フラックス８と、実施例１の樹脂補強材１０において、活性剤１０ｃの配合比率を５．０ｗｔ％に引き下げた例を示している。そしてこの比較例１に示す樹脂補強材１０、熱硬化型フラックス８の組み合わせで、図１〜図４に示す部品実装過程を実行すると、樹脂補強材１０が供給される補強部位に近接して位置する電極６とバンプ２とのはんだ接合性が確保できないことが実験的に確認されている。
上記説明したように、本実施の形態に示す部品実装方法は、第１の熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂８ａに第１の活性成分である活性剤８ｃを配合した熱硬化型フラックス８を介してバンプ２を電極６に着地させるとともに、第２の熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂１０ａに第２の活性成分である活性剤１０ｃを配合した樹脂補強材１０を電子部品１の補強部位１ａに接触させ、この部品搭載の後に基板５を加熱することによって、バンプ２と電極６とを接合するはんだ接合部２＊を形成するとともにこのはんだ接合部２＊を周囲から補強する樹脂補強部８＊を形成する形態を採用している。そしてこの形態の部品実装に際して、熱硬化型フラックス８および樹脂補強材１０の配合組成において、活性剤１０ｃの配合比率を活性剤８ｃの配合比率よりも大きくするようにしたものである。
これにより、樹脂補強材１０の供給時の位置ずれや部品搭載時の電子部品１による押し広げなどによって樹脂補強材１０が電極６上にはみ出した場合にあっても、樹脂補強剤１０がバンプ２や電極６と接触する部分に含まれる活性剤１０ｃによって電極６とバンプ２のはんだ接合性を確保することができ、樹脂補強材１０が電極６を局部的に覆うことに起因するはんだ接合性の低下を有効に防止することができる。
本発明の電子部品実装方法は、バンプ付きの電子部品を部分的に樹脂補強材によって基板に固着して補強する実装形態において、樹脂補強材が電極を局部的に覆うことに起因するはんだ接合性の低下を有効に防止することができるという効果を有し、基板にバンプ付きの電子部品をはんだ接合して実装基板を製造する分野において有用である。
１ 電子部品
１ａ 補強部位
２ バンプ
５ 基板
６ 電極
７ 転写テーブル
８ 熱硬化型フラックス
１０ 樹脂補強材
１ａ 補強部位
２ バンプ
５ 基板
６ 電極
７ 転写テーブル
８ 熱硬化型フラックス
１０ 樹脂補強材
Claims (3)
- 下面にはんだを成分とするバンプが形成されたバンプ付きの電子部品を、基板に形成された電極に前記バンプをはんだ接合することにより実装する電子部品実装方法であって、
第１の熱硬化性樹脂に第１の活性成分を配合した熱硬化型フラックスを前記電極またはバンプに供給するフラックス供給工程と、
第２の熱硬化性樹脂に第２の活性成分およびチクソ成分を配合して成り、基板に塗布された状態において型崩れを生じない性状を有する樹脂補強材を、前記基板において少なくとも前記電子部品のコーナ部を含む補強部位に対応した位置に供給する補強材供給工程と、
前記フラックス供給工程および補強材供給工程の後に前記電子部品を基板に搭載して、前記バンプを前記熱硬化型フラックスを介して前記電極に着地させるとともに、前記補強部位を前記基板上に供給された樹脂補強材に接触させる部品搭載工程と、
前記部品搭載工程後の基板を所定の加熱プロファイルにしたがって加熱することにより、前記バンプを溶融固化させて前記電極と電子部品とを接続するはんだ接合部を形成するとともに、前記熱硬化型フラックスを硬化させて前記はんだ接合部を周囲から補強する樹脂補強部を形成し、さらに前記樹脂補強材を熱硬化させて前記補強部位を前記基板に固着する部分補強部を形成するリフロー工程とを含み、
前記熱硬化型フラックスおよび前記樹脂補強材の配合組成において、前記第２の活性成分の配合比率を前記第１の活性成分の配合比率よりも大きくしたことを特徴とする電子部品実装方法。 - 前記樹脂補強材は前記熱硬化型フラックスよりも高チクソ性を有することを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
- 前記熱硬化型フラックスにおける前記第１の活性成分の配合比率で前記樹脂補強材における前記第２の活性成分の配合比率を除した活性剤量の比が、１．２〜１．８であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品実装方法。
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