JP2020021905A - 電子部品実装方法及び三次元成形回路部品 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直面や傾斜面に電子部品をクリームはんだで実装する際、リフロー時のクリームはんだの軟化によって電子部品が落下することを極力防止可能な電子部品実装方法及び三次元成形回路部品を提供する。【解決手段】電子部品実装方法であって、電子部品を実装する部品実装面である垂直面又は傾斜面の少なくとも一方に設けられた電極部分にクリームはんだを塗布する第１塗布工程と、前記部品実装面において前記電子部品の底面に対向する領域の少なくとも一部に熱硬化性接着剤を塗布する第２塗布工程と、前記クリームはんだ及び前記熱硬化性接着剤がそれぞれ塗布された前記部品実装面に前記電子部品を搭載する部品搭載工程と、前記部品実装面に搭載された前記電子部品のリフローはんだ付けを行うリフロー工程とを含み、前記リフロー工程における昇温中に前記クリームはんだの軟化開始温度付近で予め定められた所定時間は温度を保持する。【選択図】図１

Description

本発明は、３次元電子部品実装方法に関し、特に、垂直面や傾斜面に電子部品を実装する場合に、リフロー時の部品落下を極力防止可能な電子部品実装方法、及びそのような実装方法を用いて電子部品を実装した三次元成形回路部品に関する。

従来、両面リフローはんだ付けによりプリント基板に電子部品を実装する際、１回目のリフロー前に部品下面に接着剤を塗布して固定することで部品落下を防止する電子部品の実装方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載されている電子部品の実装方法は、両面リフローによるはんだ付けを行うプリント基板において、第１回目のリフロー面に実装される電子部品パッケージの少なくとも対向する二隅にリフローはんだ付け後に熱硬化性接着剤を保持機能を備えるように塗布し、第２回目のリフローはんだ付けのプリヒートの段階で前記熱硬化性接着剤を硬化させることを特徴とするものである。

特開平７−３８２５１号公報

一方、例えば、パターン（配線）やランド（電極部分）が表面に形成された３次元の樹脂成形品である３Ｄ−ＭＩＤ（Molded Interconnect Device、成形回路部品）は、垂直面や傾斜面も有する。これらの面に従来技術のリフローはんだ付けによって電子部品を実装しようとすると、特に大きく重い電子部品が落下しやすい傾向にある。

図２は、垂直面に対してクリームはんだで電子部品を保持させ、従来技術のリフロー内で加熱したときに部品が落下したかどうかを調べた結果を示す表である。電子部品としては、重さや重心が異なるセラミックコンデンサー、ダイオード、コンデンサーなどを用いた。

この図２に示すように、１６０８サイズのセラミックコンデンサーを含む小さい部品は落下しなかった。チップ抵抗についても、容積が小さいために落下しなかった。しかし、そのサイズ以上の大きな部品、例えば２１２５サイズ以上の容積の部品は、６０℃付近で落下した。

従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、垂直面や傾斜面に電子部品をクリームはんだで実装する際、リフロー時のクリームはんだの軟化によって電子部品が落下することを極力防止可能な電子部品実装方法、及びそのような実装方法を用いて電子部品を実装した三次元成形回路部品を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の電子部品実装方法は、電子部品を実装する部品実装面である垂直面又は傾斜面の少なくとも一方に設けられた電極部分にクリームはんだを塗布する第１塗布工程と、前記部品実装面において前記電子部品の底面に対向する領域の少なくとも一部に熱硬化性接着剤を塗布する第２塗布工程と、前記クリームはんだ及び前記熱硬化性接着剤がそれぞれ塗布された前記部品実装面に前記電子部品を搭載する部品搭載工程と、前記部品実装面に搭載された前記電子部品のリフローはんだ付けを行うリフロー工程とを含み、前記リフロー工程における昇温中に、前記クリームはんだの軟化開始温度付近で予め定められた所定時間は温度を保持することを特徴とする。

ここで、前記第１塗布工程及び前記第２塗布工程の実行順序はどちらが先でもよい。前記熱硬化性接着剤は、ガラス転移温度が前記クリームはんだの前記軟化開始温度より低く（例えば約３０℃低く）、前記垂直面に塗布しても液だれしない粘度のエポキシ系接着剤が好適である。具体例としては、完全硬化温度が約８０℃であり、粘度が５０〜１００Ｐａ・Ｓであるエポキシ系接着剤が挙げられる。前記熱硬化性接着剤の塗布量は、前記クリームはんだの厚みと同等以上とすることが好ましい。前記所定時間は、例えば約１分である。なお、この段落内と同様に、特許請求の範囲に「約８０℃」や「約１分」という表現を用いたとしても、発明の範囲を極めて狭く限定しないためであって、これらの表現によって発明の範囲が不明確にはならないと考える。

「ガラス転移温度がクリームはんだの軟化開始温度より低い」熱硬化性接着剤を用いることで、電子部品の落下を極力防止する。「 傾斜面や垂直面に塗布しても液だれしないある程度の高粘度を有する」熱硬化性接着剤とすることで、生産性および歩留りが向上する。

つまり、このような構成の電子部品実装方法によれば、垂直面や傾斜面に電子部品をクリームはんだで実装する際、リフロー時のクリームはんだの軟化によって電子部品が落下することを極力防止することが可能となる。これにより、３次元電子部品実装において、垂直面及び傾斜面にも電子部品を確実に実装でき、高密度実装や製品の小型化が可能になる。

また、本発明の三次元成形回路部品は、電子部品を実装する部品実装面であって、電極部分が設けられた垂直面又は傾斜面の少なくとも一方と、前記電極部分にはんだ付けされており、熱硬化性接着剤によって前記部品実装面と接着されている電子部品とを備え、前記熱硬化性接着剤は、ガラス転移温度がはんだの軟化開始温度より低いことを特徴とする。

ここで、熱硬化性接着剤は前記垂直面に塗布しても液だれしない粘度の接着剤であってもよい。前記三次元成形回路部品の前記部品実装面には、他に水平面を含んでいてもよい。

「ガラス転移温度がはんだの軟化開始温度より低い」ことで、垂直面及び傾斜面にも電子部品を確実に実装でき、高密度実装や小型の三次元成形回路部品が得られる。

本発明の電子部品実装方法によれば、垂直面や傾斜面に電子部品をクリームはんだで実装する際、リフロー時のクリームはんだの軟化によって電子部品が落下することを極力防止することが可能となる。これにより、３次元電子部品実装において、垂直面及び傾斜面にも電子部品を確実に実装でき、高密度実装や製品の小型化が可能になる。

また、本発明の三次元成形回路部品によれば、垂直面及び傾斜面にも電子部品を確実に実装でき、高密度実装や製品の小型化が可能になる。

本発明の一実施形態に係る電子部品実装方法の概略説明図であり、（ａ）は電子部品を実装する前の３Ｄ−ＭＩＤ１０の正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）は熱硬化性接着剤２１を塗布した後の３Ｄ−ＭＩＤ１０の正面図、（ｄ）はその断面図、（ｅ）はさらにクリームはんだ２２を塗布した後の３Ｄ−ＭＩＤ１０の正面図、（ｆ）はその断面図、（ｇ）はさらに２つの電子部品３１、３２を搭載した後の３Ｄ−ＭＩＤ１０の正面図、（ｈ）はその断面図である。 垂直面に対してクリームはんだで電子部品を保持させ、従来技術のリフロー内で加熱したときに部品が落下したがどうかを調べた結果を示す表である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品実装方法の概略説明図であり、（ａ）は電子部品を実装する前の３Ｄ−ＭＩＤ１０の正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）は熱硬化性接着剤２１を塗布した後の３Ｄ−ＭＩＤ１０の正面図、（ｄ）はその断面図、（ｅ）はさらにクリームはんだ２２を塗布した後の３Ｄ−ＭＩＤ１０の正面図、（ｆ）はその断面図、（ｇ）はさらに２つの電子部品３１、３２を搭載した後の３Ｄ−ＭＩＤ１０の正面図、（ｈ）はその断面図である。なお、各図及び説明の簡略化のために、３Ｄ−ＭＩＤ１０の部品実装面である傾斜面１０ａ及び垂直面１０ｂには、電子部品３１、３２に対応したランド１１、１２のみを図示しており、他のパターンやランドなどは省略している。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、３Ｄ−ＭＩＤ１０の傾斜面１０ａにチップ状の電子部品３１を実装するための２つのランド１１が設けられるとともに、垂直面１０ｂには８ピンＳＯＰパッケージの電子部品３２を実装するための８つのランド１２が設けられている。

３Ｄ−ＭＩＤ１０の傾斜面１０ａ及び垂直面１０ｂへの電子部品３１、３２の実装は次のように行う。

１）熱硬化性接着剤２１を塗布する工程
図１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、３Ｄ−ＭＩＤ１０の傾斜面１０ａにおいて、電子部品３１が実装された際にその電子部品３１の底面に対向する領域の少なくとも一部（例えば図示した２箇所）に熱硬化性接着剤２１を塗布する。同様に、垂直面１０ｂにおいて、電子部品３２が実装された際にその電子部品３２の底面に対向する領域の少なくとも一部（例えば図示した２箇所）にも熱硬化性接着剤２１を塗布する。

なお、一般的に使用される熱硬化性接着剤の完全硬化温度は約１５０℃であるが、完全硬化温度が約８０℃、約１２０℃のエポキシ系接着剤もそれぞれ存在する。そこで、これら３種類の熱硬化性接着剤を用いて本実施形態に係る電子部品実装方法を対比した結果、完全硬化温度が約８０℃のエポキシ系接着剤では部品落下はなかったが、約１２０℃、約１５０℃のエポキシ系接着剤では部品落下があった。

よって、本実施形態に使用する熱硬化性接着剤２１としては、完全硬化温度が約８０℃のエポキシ系接着剤が好適である。なお、このエポキシ系接着剤のガラス転移温度（この温度を境に液状からゲル化が始まってゴム状態になり、粘着性を発揮する）は約３０℃であり、硬化開始温度は約６０℃であってクリームはんだ２２の軟化開始温度とほぼ等しい。つまり、熱硬化性接着剤２１は、ガラス転移温度がクリームはんだ２２の軟化開始温度より約３０℃低く、完全硬化温度が約８０℃であるエポキシ系接着剤である。

なお、ガラス転移温度の測定にはＤＳＣ（differential scanning calorimetry、示差走査熱量測定）などが用いられる。

また、３Ｄ−ＭＩＤ１０の傾斜面１０ａや垂直面１０ｂに塗布しても液だれしないためには、熱硬化性接着剤２１にある程度の高粘度が必要である。例えば、ストロベリージャム（５５Ｐａ・Ｓ、単位：パスカル秒）からハンドクリーム（１００Ｐａ・Ｓ）程度の粘度があれば、液だれしないと考えられる。一方、塗布はディスペンスで行うため、熱硬化性接着剤２１はある程度の低粘度が好ましい。例えば、３００Ｐａ・Ｓの接着剤ではディスペンスに適さなかった。本実施形態に用いた熱硬化性接着剤２１の粘度は６５Ｐａ・Ｓであるが、概ね５０〜１００Ｐａ・Ｓの粘度が好ましい。

２）クリームはんだ２２を塗布する工程
図１（ｅ）及び（ｆ）に示すように、３Ｄ−ＭＩＤ１０の傾斜面１０ａに設けられた２つのランド１１にクリームはんだ２２を塗布するとともに、垂直面１０ｂに設けられた８つのランド１２にもクリームはんだ２２を塗布する。

なお、上記（１）及び（２）の各工程の実行順序はどちらが先でもよい。また、後述するリフロー工程によるクリームはんだ２２の体積減による浮きなどを考慮し、熱硬化性接着剤２１の塗布量は、クリームはんだ２２の厚みと同等以上であることが好ましい。

３）電子部品３１、３２を搭載する工程
図１（ｇ）及び（ｈ）に示すように、熱硬化性接着剤２１及びクリームはんだ２２がそれぞれ塗布された傾斜面１０ａに電子部品３１を搭載するとともに、垂直面１０ｂには電子部品３２を搭載する。この時点では、電子部品３１、３２は熱硬化性接着剤２１及びクリームはんだ２２によって仮止めされている状態である。

４）リフロー工程
電子部品３１が搭載された傾斜面１０ａ及び電子部品３２が搭載された垂直面１０ｂを有する３Ｄ−ＭＩＤ１０に対して、リフローによるはんだ付けを行う。

一般的なリフローでは、例えば、まず２〜３℃／秒で昇温し、プリヒート温度に達したらその温度を１〜２分程度は保持し、その後に再度４℃／秒以下でピーク温度まで昇温する本加熱（１分半以下）を行った後、自然冷却または送風による冷却を行う。

そのため、最初の昇温中（プリヒート温度までの昇温中）にクリームはんだ２２の軟化開始温度（約６０℃）を超えると、クリームはんだ２２による保持力は急速に低下するものの、熱硬化性接着剤２１の硬化はすぐには進まないので、電子部品３１、３２の落下につながる可能性がある。特に大きく重い電子部品３２では落下する可能性がより高い。

本実施形態では、最初の昇温中に、クリームはんだ２２の軟化開始温度であって熱硬化性接着剤２１のガラス転移温度よりも約３０℃高い６０℃付近に達したら、昇温を一旦中断してそのままの温度を所定時間だけ保持する。例えば、少なくとも約１分は温度を保持することが好ましい。ただし、所定時間を必要以上に長くすると、生産性の低下につながるのであまり好ましくない。

このようにすることで、所定時間中にクリームはんだ２２の軟化がゆるやかに始まるとともに熱硬化性接着剤２１の硬化が進むので、所定時間経過後には電子部品３１、３２をそのままの位置に保持し続けるのに十分な保持力が発生しており、電子部品３１、３２の落下を防止することができる。

なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１０ ３Ｄ−ＭＩＤ
１１、１２ ランド
２１ 熱硬化性接着剤
２２ クリームはんだ
３１、３２ 電子部品

Claims (3)

1. 電子部品を実装する部品実装面である垂直面又は傾斜面の少なくとも一方に設けられた電極部分にクリームはんだを塗布する第１塗布工程と、
   前記部品実装面において前記電子部品の底面に対向する領域の少なくとも一部に熱硬化性接着剤を塗布する第２塗布工程と、
   前記クリームはんだ及び前記熱硬化性接着剤がそれぞれ塗布された前記部品実装面に前記電子部品を搭載する部品搭載工程と、
   前記部品実装面に搭載された前記電子部品のリフローはんだ付けを行うリフロー工程とを含み、
   前記リフロー工程における昇温中に、前記クリームはんだの軟化開始温度付近で予め定められた所定時間は温度を保持することを特徴とする電子部品実装方法。
2. 請求項１に記載の電子部品実装方法において、
   前記熱硬化性接着剤は、ガラス転移温度が前記クリームはんだの前記軟化開始温度より低いことを特徴とする電子部品実装方法。
3. 電子部品を実装する部品実装面であって、電極部分が設けられた垂直又は傾斜面の少なくとも一方と、
   前記電極部分にはんだ付けされており、熱硬化性接着剤によって前記部品実装面と接着されている電子部品とを備え、
   前記熱硬化性接着剤は、ガラス転移温度がはんだの軟化開始温度より低いことを特徴とする三次元成形回路部品。

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