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