JP3539177B2 - 電子部品の実装方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に半田接合により実装する電子部品の実装方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する方法として、電子部品または基板の電極に予め半田バンプやプリコート半田などの半田部を形成する方法が知られている。この方法では、実装時に電子部品を加熱することにより半田部を溶融させ、電子部品を基板の電極に半田接合する。また、実装後の電子部品と基板の隙間は、熱硬化性樹脂より成るアンダーフィル樹脂で封止される。このアンダーフィル樹脂は半田接合部を包み込んで補強するとともに異物の侵入を防ぐ機能を有するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記アンダーフィル樹脂は、電子部品の搭載前に基板に塗布される場合がある。電子部品の小型化によって電子部品と基板の隙間は狭くなり、実装後のアンダーフィル樹脂の注入が困難になっていることなどの理由によるものである。この場合には、半田部を溶融させるための加熱と、アンダーフィル樹脂を熱硬化させるための加熱が同一の加熱工程で行われる。
【0004】
半田部が溶融して被接合面に半田接合される際には、接合部の形状は半田が被接合面に沿ってできるだけ広い範囲に濡れ拡がった形状となるのが望ましい。しかしながらアンダーフィル樹脂を予め基板上に塗布する従来の方法では、半田バンプとアンダーフィル樹脂とが同時に加熱されるため、半田バンプの溶融時には周囲のアンダーフィル樹脂が既に完全硬化していた。このため硬化したアンダーフィル樹脂は、溶融半田が被接合面に沿って濡れ拡がるのを阻害し、その結果前述の望ましい形状の接合部が得られず形状不良を発生する場合があった。
【0005】
このように、従来の電子部品の実装方法では、半田溶融のタイミングとアンダーフィル樹脂の熱硬化のタイミングとの関連に起因する接合部の形状不良により接合部の強度が確保されず、接合部の信頼性が低下するという問題点があった。また、上記問題を解決する電子部品の実装方法として、融点が半田の融点よりも高い硬化剤のみを含んだアンダーフィル樹脂を使用する方法が考えられる。この方法ではアンダーフィル樹脂を硬化剤の融点よりも高い温度に加熱しないと硬化しないので半田の濡れ拡がりの問題は解決できるが、アンダーフィル樹脂が完全硬化するまでの時間が長く、したがって実装のタクトタイムが長くなり、生産性が低いという問題点もあった。
【0006】
そこで本発明は、接合部の信頼性が高く生産性に優れた電子部品の実装方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の電子部品の実装方法は、基板の電極もしくは電子部品の電極の少なくともいずれか一方の電極に半田部を形成し、この半田部によって前記基板の電極に前記電子部品の電極を半田接合する電子部品の実装方法であって、前記基板上に半田融点温度よりも低い融点温度の硬化剤を含む熱硬化性樹脂を塗布して前記基板の電極または電極に形成された半田部を覆う工程と、前記半田部を前記電極または電極に形成された半田部に対して位置合せする工程と、前記半田部を前記電極または電極に形成された半田部に対して押圧した状態で電子部品を加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程とを含み、前記電子部品を加熱する工程において、前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前に前記半田部を半田の融点温度以上に昇温させるようにした。
【0008】
請求項2記載の電子部品の実装方法は、請求項1記載の電子部品の実装方法であって、前記熱硬化性樹脂に、少なくとも半田の融点温度よりも低い融点温度を有する第1の硬化剤と、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する第2の硬化剤とを含む。
【0009】
本発明によれば、電子部品を加熱する工程において、熱硬化性樹脂が完全硬化する前に半田部を半田融点温度以上に昇温させることにより、半田部と被接合面での溶融半田の濡れ拡がりが阻害されず、良好な形状で信頼性の高い接合部を得ることができ、熱硬化性樹脂の硬化が促進されることにより実装時間を短縮することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1(a),(b),(c),(d)は本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の工程説明図、図2は同電子部品の実装方法の加熱温度とアンダーフィル樹脂の硬化の状態を示すグラフ、図3(a),(b),(c),(d)は同電子部品の実装方法の半田部と電極の断面図である。なお図1(a),(b),(c),(d)は電子部品の実装方法を工程順に示すものである。
【0011】
図1(a)において、基板1上には電極2が形成されている。この電極2上に、半田部としてのプリコート半田3が形成される。プリコート半田3の形成には、半田メッキや、スクリーンマスクにより電極2上にクリーム半田を印刷する方法などを用いることができる。このプリコート半田3上を覆って、基板1上にディスペンサ4によりボンド5が塗布される。ボンド5は半田融点温度よりも低い融点温度の硬化剤を含む熱硬化性樹脂である。すなわち、ボンド5は半田融点温度より低い温度で熱硬化を開始する。
【0012】
次に、このボンド5が塗布された基板1に、突出した電極である金バンプ8を有する電子部品6が搭載される。金バンプ8は電子部品6の電極7上に金めっきにより金膜を形成し、この金膜上に形成されたものである。電子部品6は図1(b)に示すように、圧着ツール9に保持され、圧着ツール9によって電子部品6を基板1に対して押圧することにより、金バンプ8はプリコート半田3に対して押圧される。この状態で、図1(c)に示すように、圧着ツール9の加熱手段により電子部品6を加熱する。
【0013】
このときの加熱温度、ボンド5の粘度の時間的変化について図2を参照して説明する。図2において、折れ線aは電子部品6を加熱する加熱温度の時間的変化を示したものであり、曲線bはボンド5の熱硬化による粘度の上昇を示している。なお、ここでは粘度を示す値として、ボンド5のせん断力を用いている。曲線b’は後述するボンド5’を用いた場合の粘度の上昇を示しており、a0,b0で示すグラフはそれぞれ従来の実装方法の加熱温度およびボンドの粘度変化を対比のために示したものである。
【0014】
図2に示すように、加熱温度を示す折れ線aは加熱開始時点t0から急速に立上げられ、短時間で半田融点温度(183°C)を越えて200°Cまで上昇する。したがって、プリコート半田3が溶融するタイミングt1では、ボンド5の熱硬化が開始してからわずかの時間しか経過しておらず、曲線bで示すボンド5の粘度はまだ低いレベルにある。したがって、プリコート半田3の周囲のボンド5は、溶融半田3’が金バンプ8の表面で濡れ拡がるのを阻害しない。このため冷却固化後には、図1(d)に示すように溶融半田3’は半田濡れ性の良い金バンプ8の表面に沿って濡れ拡がり、金バンプ8をしっかりと包み込んで強度に優れた信頼性の高い接合部を得ることができる。
【0015】
これに対し、従来の電子部品の実装方法では、グラフa0,b0で示すように加熱温度が上昇して半田融点温度に到達した時点では、ボンドは既に完全硬化していた。このため前述のように溶融半田の流動が周囲のボンドによって妨げられ金バンプの表面で濡れ拡がることができず、接合部の形状不良を生じる原因となっていた。
【0016】
また、図2に示すTは完全硬化時間であり、加熱開始からボンド5が完全硬化するまでに要する時間を示している。前述のように、短時間で加熱温度を上昇させることにより、しかも比較的低い温度で熱硬化を開始する熱硬化性樹脂を用いることにより、ボンド5の熱硬化は早期に促進され、完全硬化時間Tは図2に示す従来のボンドの完全硬化時間T0と比べて大幅に短縮されている。したがって、実装が完了するまでのタクトタイムを短縮して生産性を向上させることができる。
【0017】
次に、ボンド5の硬化を更に促進させたボンド5’を用いた例について説明する。ボンド5’は少なくとも半田の融点温度よりも低い融点温度を有する第1の硬化剤と、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する第2の硬化剤を含んだ熱硬化性樹脂である。図2の曲線b’に示すように、ボンド5’は加熱工程において、半田融点温度以下で第1の硬化剤が溶融して熱硬化を促進するとともに、半田融点温度を越えた時点で第2の硬化剤が溶融することにより硬化が更に促進され、完全硬化時間T’は、前述のTを更に短縮したものとなっている。したがって実装のタクトタイムを更に短縮して生産性を大幅に向上させることができる。
【0018】
なお本発明は、上記実施の形態に限定されないのであって、例えば図3(a),(b),(c),(d)に示すような半田部と電極の組み合わせについても適用可能である。図3(a)は、電子部品6に半田部としてのプリコート半田13が設けられ、基板1の電極2上に金メッキを施した後に金バンプ18を形成したものであり、実施の形態1の電子部品6と基板1を互いに入れ替えた形となっている。
【0019】
また図3(b)は電子部品6に半田部としての半田バンプ14を設け、基板1の電極2上に金メッキを施して半田濡れ性を向上させたものである。図3(c)は、図3(b)の半田バンプ14と電極2の組み合わせにおいて、電子部品6と基板1を互いに入れ替えた形、すなわち基板1の電極2上に半田バンプ14’を設け、電子部品6の電極7に金めっきを施したものである。更に図3(d)は、電子部品7と基板1の電極双方にプリコート半田15を形成したものである。このように、半田部としては、突部を形成した半田バンプや電極上に半田めっきなどでコーティングするプリコート半田などいずれの形態でもよく、また、電極としてはフラットな形状のもののほか、金などの半田ぬれ性の良い金属を用いた突出電極(金属バンプ)を用いることができる。
【0020】
上記各例において、電極として図3(a)のように金バンプなどの突出電極を用いる場合には、半田部の表面の酸化膜を金属の突部によって破壊することができるので、半田接合に際しフラックスの使用を必要としない。また、金属の突部を有しない場合でも、半田部と電極を互いに押圧する際に超音波振動の付与を併用することにより、同様に半田部の表面の酸化膜を破壊することができるので、フラックスの使用を必要としない。
【0021】
このように、基板1および電子部品6のいずれかまたは双方の電極に半田部を形成して、この半田部により基板1に電子部品6を実装するに際し、従来よりも加熱の速度を大きくし、アンダーフィル樹脂としての熱硬化樹脂が未硬化の間に半田部を溶融させるように加熱プロファイルを設定することにより、溶融半田は被接合面での濡れ拡がりが阻害されず良好な接合部が得られるとともに、アンダーフィル樹脂の完全硬化に至るまでの時間が短縮され、実装のタクトタイムを短縮して生産性を向上させることができる。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品を加熱する工程において、熱硬化性樹脂が完全硬化する前に半田部を半田融点温度以上に昇温させることにより、溶融半田の被接合面での濡れ拡がりが阻害されず、良好な形状で強度に優れ信頼性の高い接合部を得ることができる。またアンダーフィル樹脂としての熱硬化性樹脂の完全硬化に至るまでの所要時間が短縮されるので、実装のタクトタイムを短縮して生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の工程説明図
(b)本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の工程説明図
(c)本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の工程説明図
(d)本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の工程説明図
【図2】本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の加熱温度とアンダーフィル樹脂の硬化の状態を示すグラフ
【図3】(a)本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の半田部と電極の断面図
(b)本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の半田部と電極の断面図
(c)本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の半田部と電極の断面図
(d)本発明の一実施の形態の電子部品の実装方法の半田部と電極の断面図
【符号の説明】
1 基板
2 電極
3 プリコート半田
5、5’ ボンド
6 電子部品
7 電極
8 金バンプ
9 圧着ツール
Claims (2)
- 基板の電極もしくは電子部品の電極の少なくともいずれか一方の電極に半田部を形成し、この半田部によって前記基板の電極に前記電子部品の電極を半田接合する電子部品の実装方法であって、前記基板上に半田融点温度よりも低い融点温度の硬化剤を含む熱硬化性樹脂を塗布して前記基板の電極または電極に形成された半田部を覆う工程と、前記半田部を前記電極または電極に形成された半田部に対して位置合せする工程と、前記半田部を前記電極または電極に形成された半田部に対して押圧した状態で電子部品を加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程とを含み、前記電子部品を加熱する工程において、前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前に前記半田部を半田の融点温度以上に昇温させることを特徴とする電子部品の実装方法。
- 前記熱硬化性樹脂に、少なくとも半田の融点温度よりも低い融点温度を有する第1の硬化剤と、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する第2の硬化剤とを含むことを特徴とする請求項1記載の電子部品の実装方法。
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