JP3777131B2

JP3777131B2 - 電子部品実装方法

Info

Publication number: JP3777131B2
Application number: JP2002056273A
Authority: JP
Inventors: 郁雄白石
Original assignee: 株式会社住友金属マイクロデバイス
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: JP2003258393A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品実装方法に関し、特に、フリップチップ装着に適用して有効な電子部品実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線基板に電子部品、例えば半導体チップをフリップチップ装着する場合に、１個（１枚）の配線基板ごとに半導体チップを装着していては、装着に時間がかかりすぎることから、生産性を向上するために、複数の配線基板を集合した多連配線基板として同時に複数の電子部品を装着することが行われている。
【０００３】
図６は、従来の多連配線基板の平面図である。図において、１は個々の配線基板２、２、…を全体として連結保持するための多連配線基板の枠体であり、通常、配線基板２と同一素材で一体に形成される。配線基板の素材としては、寸法安定性の高い低膨張率の高価な基板が用いられる。行列状に配置された複数の配線基板２相互間には分離帯としての間隙１ｓが形成され、また配線基板２相互間の間隙１ｓ以外の残部には配線基板２を相互に連結するための連結部３、３、…が形成されている。連結部３により、配線基板２は相互に連結され、行方向、列方向に固定され多連配線基板を構成することができる。連結部３は、配線基板２の４つの角部において隣接する配線基板２又は枠体１に連結するように行方向及び列方向に同様に形成されている。なお、連結部３が配線基板２と連結する部分の破線３ａは、電子部品の装着が終了した後に、多連配線基板から個々の配線基板２に分離するための基板切断線である。
【０００４】
図７は、従来の多連配線基板への電子部品の実装方法の説明図である。図６と同一の部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。多連配線基板への電子部品の実装方法においては、各配線基板２に、各電子部品４が、例えば、異方導電性接着材（図示しない）を用いてフリップチップ装着されるが、その場合の工程を大きく分ければ、仮止めの工程と、本圧着の工程とがある。先ず仮止めの工程においては、電子部品４の表面（配線基板２に向き合う面）に形成された突起電極（図示せず）が、配線基板２の表面（図上手前側）上に形成されている配線パターン（図示せず）に、異方導電性接着材を介して位置合せされ、電子部品４は、各配線基板２に仮止めされる。位置合せと仮止めは、通常短時間で済むことから、１個の電子部品４毎に行われ、例えば、図上最下行の配線基板２の左側から順次右へ、さらに中の行、最上行へと順次行われる。図においては、３行４列合計１２個の電子部品４の仮止めを終了した状態を示している。仮止めを終了した後の本圧着の工程においては、例えば、１００〜２００℃の加熱条件で５〜１０秒程度の加圧が行われる。図上先端に矢印を有する太線５は、この加圧状態を模式的に表したものである。即ち、本圧着における加圧は、電子部品４とほぼ等しい面積か、あるいは多少大きい面積を有する加圧ツール（太線５に相当する）により、電子部品４の裏側（図上電子部品４の手前側）から配線基板２側への圧力を加えることによりなされる。この加圧により、電子部品４の各突起電極は、配線基板２の配線パターンに接続され、また、異方導電性接着材の加熱による硬化により電子部品４は、配線基板２に接着固定される。
【０００５】
このような従来の多連配線基板において、ガラスエポキシ樹脂基板のような熱膨張率の大きい基板を用いると、本圧着における加熱温度が高い（例えば、約１００〜２００℃）こと、また、長い加熱時間（例えば、約５〜１０秒）を必要とすることから、配線基板２において、熱膨張が生じる。この熱膨張は、同時に実装される行方向または列方向において、連結部３を介して累積的に作用することから、無視できない配線基板２の寸法変化を生じる。つまり、配線基板２に電子部品４を装着する場合に、配線基板２の配線パターンと電子部品４の突起電極との位置ずれを生じ、いわゆる実装不良を生じる。
【０００６】
例として、行方向に配置され、同時に加熱、加圧される配線基板２の平面上の寸法変形について説明する。各列の配線基板２の寸法変形は、連結部３を介して行方向全体において累積される。従って、基準点を左端列の配線基板２（図上左端から数えて１列目の配線基板２）の中央においた場合に、右端列の配線基板２（同じく４列目の配線基板２）の中央においては被加熱時の寸法（即ち位置）に対し、数十μｍ程度から数百μｍ程度の変化を生じる。配線基板２の寸法の変化は、配線基板２の上に形成されている配線パターンの寸法の変化をもたらす。電子部品４の突起電極（端子）のピッチは、通常、数十μｍから数百μｍ程度であることから、配線基板２の寸法が数十μｍ程度から数百μｍ程度変化することは、たちまち、配線基板２に電子部品４を装着する際の位置ずれによる装着不良につながる。つまり、配線基板２への電子部品４の装着時に、多連配線基板１における配線基板２の寸法変化が生じることから、装着時の歩留まり不良が生じる。従って、生産性を向上させてコストダウンを図るための多連配線基板１が、コストダウンという目的を十分に達成できなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の多連配線基板は熱膨張率の高いガラスエポキシ樹脂基板等を利用できないという問題があった。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、熱膨張率の高いガラスエポキシ樹脂基板等を利用した多連配線基板により、配線基板へ電子部品を精確にフリップチップ装着し得る電子部品実装方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電子部品実装方法は、同一平面に行列状に配置する配線基板を前記行方向又は列方向のいずれか一方向のみに形成する連結部を介して固定する多連配線基板へ電子部品をフリップチップ装着する電子部品実装方法であって、前記フリップチップ装着は、前記一方向と異なる他方向に配置する配線基板において同時にすることを特徴とする。
【００１６】
第２発明に係る電子部品実装方法は、同一平面に行列状に配置する配線基板を、前記行方向又は列方向のいずれか一方向における連結部の幅を該一方向と異なる他方向における連結部の幅より大きくして該他方向に配置する配線基板の加熱時における寸法変化の累積を抑制する構成とした連結部を介して固定する多連配線基板へ電子部品をフリップチップ装着する電子部品実装方法であって、前記フリップチップ装着は、前記他方向に配置する配線基板において同時にすることを特徴とする。
【００２２】
第１発明、第２発明においては、多連配線基板上の各配線基板への電子部品の装着を、連結部を設けない方向において、あるいは配線基板の加熱時における寸法変化の累積が抑制される方向において、同時にすることとしたので、フリップチップ装着時の加熱により同時に装着される方向における配線基板の熱膨張に起因する配線基板の寸法変形を抑制でき、電子部品を本圧着する際における電子部品の突起電極と配線基板の配線パターンとの精確な位置合せが可能となり、位置ずれの防止が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る多連配線基板の説明図である。同図（ａ）は平面図を、同図（ｂ）は（ａ）における矢符ＢＢ方向の断面図、同図（ｃ）は（ａ）における矢符ＣＣ方向の断面図である。コの字状に形成された枠体１は、その枠の内側に行方向（図上、左右方向）に４個の配線基板２が並置形成され、列方向（図上、上下方向）には３個の配線基板２が並置形成される。つまり、全体として計１２個の配線基板２が１個の多連配線基板の枠体１により同一平面に固定配置され、一体的に保持されている。枠体１と配線基板２は、製造コスト低減、作業性等の観点から通常は同一の絶縁性の素材で一体的に形成される。なお、行方向、列方向の個数はこれに限るものではなく、自由に設定変更可能であることは言うまでもない。
【００２４】
配線基板２の大きさ（平面上の幅と長さ）は例えば、数ｃｍ程度から十数ｃｍ程度のものまで種々の大きさのものが可能である。配線基板２の素材は、通常は熱膨張率の低いものが用いられるが、本発明においては、熱膨張率の比較的高いガラスエポキシ樹脂基板であっても利用が可能である。配線基板２の平面上の外郭形状（輪郭形状）はここでは、簡略化のため四辺形としているが、これに限る必要はなく、部分的に凹部、凸部、あるいは曲線部が形成されていても良い。この平面上の外郭形状は配線基板２が適用される完成品、例えば、携帯電話、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ：携帯情報端末）等への配線基板２の実装空間等により適宜設計されるものである。配線基板２の表面には図示しない配線パターンが、例えば銅箔により形成され、装着される電子部品と電気的に接続され外部端子（図示しない）から完成品（図示しない）への接続がされる。
【００２５】
枠体１と配線基板２との間、あるいは配線基板２相互間には、連結部３、３が形成され、配線基板２、２を行列状に配置固定している。ここで、連結部３、３は、各配線基板２の列方向（図上、上下方向）の縁辺（あるいは側面）にのみ形成され、配線基板２の行方向の縁辺には形成されていない。つまり、配線基板２は列方向においてのみ相互に連結固定されている。また配線基板２と枠体１との連結においても、列方向においてのみ相互に連結固定される。配線基板２は、コ字状の枠体１の上下枠に連結固定されることから、配線基板２、２を相互に確実に連結固定して全体として一体の行列状に配置することができる。従って、行方向に配置する配線基板２、２相互間においては、配線基板２の行方向の縁辺は完全に隣接する配線基板２と分離され、間隙１ｓに面する形状となっている。なお、連結部３は、配線基板２と同一素材により一体的に形成することにより、安価な多連配線基板とすることができる。
【００２６】
配線基板相互間の連結部３、３をこのような連結構造とすることにより、行方向に配置され、同時に加熱、加圧される配線基板２、２において、行方向における熱膨張の累積が生じる経路を完全に除去できる。つまり、熱膨張による寸法の変化を個々の配線基板２の範囲内に抑制でき、行方向に配置された個々の配線基板２において生じる熱膨張が行方向において累積されることがない。例えば、行方向の長さが約４ｃｍ、列方向の長さが約５ｃｍの配線基板２において、基準点を左端列の配線基板２（図上左端から数えて１列目の配線基板２）の中央においた場合に、右端列の配線基板２（同じく４列目の配線基板２）の中央においては被加熱時の寸法に対し、数μｍ程度以下の寸法変化に抑制することができた。
【００２７】
通常、電子部品の突起電極（端子）のピッチは、数十μｍから数百μｍ程度であることから、行方向に配置する配線基板２における数μｍ程度の寸法変化は、配線パターンの寸法変化としては十分許容できる範囲であり、電子部品を装着するための熱圧着（加熱、加圧）が同時に行われる行方向に配置する配線基板２への電子部品接続時の位置ずれを防止できる。つまり、実施の形態１の多連配線基板においては、従来の多連配線基板に比較して、電子部品の装着歩留まり、即ち実装歩留まりを大幅に向上することができ、大幅なコストダウンを実現できる。
【００２８】
なお、連結部３が配線基板２と連結する部分の破線３ａは、電子部品の装着が終了した後に、多連配線基板から個々の配線基板２に分離するための基板切断線である。また、実施の形態１においては、列方向にのみ連結部３を形成することとしたが、行方向にのみ連結部３を形成することにしても良いことは言うまでも無い。この場合の電子部品の装着は、列方向に配置する配線基板２、２において同時にすることになる。
【００２９】
同図（ｂ）においては、連結部３の断面、配線基板２の列方向の側面、列方向の間隙１ｓが示されている。同図（ｃ）においては、配線基板２の断面、行方向の間隙１ｓが示されている。
【００３０】
＜実施の形態２＞
図２は、本発明の実施の形態２に係る多連配線基板への電子部品の実装方法の説明図である。同図（ａ）は平面図を、同図（ｂ）は（ａ）における矢符ＢＢ方向の断面図である。図１と同一の部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。多連配線基板への電子部品の実装方法においては、各配線基板２に、各電子部品４が、例えば、異方導電性接着材（図示しない）を用いてフリップチップ装着される。電子部品４は、例えば、半導体チップ（大規模集積回路即ちＬＳＩ）等である。電子部品４をフリップチップ装着する場合の工程を大きく分ければ、仮止めの工程と、本圧着の工程とがある。先ず仮止めの工程においては、電子部品４の表面（配線基板２に向き合う面）に形成された突起電極（図示しない）が、配線基板２の表面（図上手前側）上に形成されている配線パターン（図示しない）に、異方導電性接着材を介して位置合せされ、電子部品４は、各配線基板２に仮止めされる。位置合せと仮止めは、通常短時間で済むことから、１個の電子部品４毎に行われ、例えば、図上最下行の配線基板２の左側から順次右へ、さらに中の行、最上行へと順次行われる。図においては、３行４列合計１２個の電子部品４の仮止めを終了した状態を示している。
【００３１】
配線パターンは、例えば、銅薄膜からなり、配線基板２に適宜接着剤等を用いて接着された銅薄膜を配線パターンに応じてエッチング等を施すことにより形成される。配線基板２および配線パターンの上には、異方導電性接着剤が塗布、あるいは予め成形されたシート状の薄膜を載置溶解等することにより形成される。異方導電性接着剤は、通常エポキシ樹脂系接着剤である。異方導電性接着剤は、約数μｍ〜１０μｍ程度の直径を有する合成樹脂製粒子あるいは金属製粒子の表面に金メッキ等を施した導電粒子が、粒子密度数百万個／ｍｍ³程度で含有される。異方導電性接着剤は、一定の方向に加圧されることにより、加圧方向に存在する導電粒子が相互に接続され導電路を生じることにより加圧方向にのみ導電性（異方導電性）を持たせることができる。つまり、配線基板２の上に塗布等により形成された異方導電性接着剤を介して、突起電極を有する電子部品４が、配線基板２の方向に加熱、加圧されることにより、異方導電性接着剤を介して配線基板２の表面に形成された配線パターンに接続され、電子部品４と配線基板２との間の電気的接続がなされる。
【００３２】
仮止めを終了した後の本圧着の工程においては、例えば、１００〜２００℃の加熱条件で５〜１０秒程度の加圧が行われる。本圧着の工程は、仮止めの工程に比較して長時間、高温度を必要とすることから、仮止めと同様に１個ずつ圧着していては、製造工程のスループット（生産性）が悪くなる。従って、本圧着の工程においては、複数の電子部品４を同時に加熱、加圧して生産性を向上させている。図上先端に矢印を有する太線５は、行方向に配置された４個の配線基板２と４個の電子部品４との本圧着を同時に行うことを模式的に表したものである。本圧着における加熱及び加圧は、電子部品４とほぼ等しい面積か、あるいは多少大きい面積を有する加圧ツール（太線５に相当する）により、電子部品４の裏側（図上電子部品４の手前側）から配線基板２側への加熱及び加圧によりなされる。この加熱及び加圧により、電子部品４の各突起電極は、配線基板２の配線パターンに接続され、また、異方導電性接着材の加熱による硬化により電子部品４は、配線基板２に接着固定される。
【００３３】
同図（ｂ）においては、配線基板２の断面、電子部品４の断面及び、加熱ツールの加熱及び加圧が模式的に太線５により示されている。
【００３４】
実施の形態２における電子部品の実装方法において用いる多連配線基板は、実施の形態１における多連配線基板と同様に、行方向又は列方向のいずれか一方向のみに形成する連結部３を介して行列状に配線基板２を配置する多連配線基板である。図においては、例として列方向にのみ連結部３、３を設けた多連配線基板を示す。このような多連配線基板を用いた場合、配線基板２の配線パターンと電子部品４の突起電極とを接続する工程である本圧着は、連結部３が存在しない行方向に配置する配線基板２、２（図上列方向の４個）において同時に行う。つまり、熱膨張の伝達経路を完全に除去している行方向において、同時に本圧着を行うことから、行方向に配置する配線基板２の熱膨張の累積が生じない状態において本圧着をすることができ、行方向における配線基板２の寸法変化の発生を防止できる。従って、電子部品４の本圧着時における電子部品４の突起電極と配線基板２上の配線パターンとの間の精確な位置合せが可能となり、また、電子部品４の突起電極と配線基板２上の配線パターンとの間の位置ずれを防止することが可能となる。
【００３５】
図３は、電子部品を本圧着した後に多連配線基板から切離した配線基板の平面図である。多連配線基板における配線基板２に電子部品４を本圧着したのち、各配線基板２は、連結部３、３を基板切断線（破線３ａ。図２参照）において切断され、個々の配線基板２となる。図において、配線基板２の表面周辺部には必要に応じ適宜、図示しない出力端子が配線パターンとして形成され、配線基板２が適用される完成品、例えば、携帯電話、ＰＤＡ等への電気的な接続を可能としている。また、電子部品４の上部は必要に応じて、図示しないエポキシ樹脂等の合成樹脂により被覆され、周囲環境からの保護を図る。
【００３６】
＜実施の形態３＞
図４は、本発明の実施の形態３に係る多連配線基板の平面図である。図１と同一の部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。実施の形態３においては、連結部３を配線基板２の角部２ｃから一定距離だけ内側、つまり配線基板２の縁辺において中心寄りの部位に形成している。また、角部２ｃを円弧状に形成していることから、配線基板２の機械的強度を維持できる。連結部３を角部２ｃから離れた部位に形成することにより、多連配線基板を各々の配線基板２、２に切離す際に、角部２ｃにおける切断をする必要が無いことから角部２ｃの形状をそのまま維持でき、角部２ｃの割れ、欠け等の形状不良を防止できる。また、角部２ｃにおける配線基板２の機械的強度を維持できることから、取り扱いが容易で、製品歩留まりの良い配線基板２とすることができる。
【００３７】
＜実施の形態４＞
図５は、本発明の実施の形態４に係る多連配線基板の平面図である。図１等と同一の部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図において、多連配線基板は、各配線基板２の間に、列方向における連結部３と行方向における連結部３ｃとを備えている。列方向における連結部３の幅は、行方向における連結部３ｃの幅より大きくし、行方向に配置する配線基板２の加熱時における行方向の寸法変化の累積を抑制する構成としている。つまり、列方向の連結部３の連結強度を行方向の連結部３ｃの連結強度より強くすることにより、行方向に配置する配線基板２への加熱時において、行方向における連結部３ｃの連結を相対的に無視できることができ、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。このような相対的な効果を得るためには、列方向の連結部３の幅に対し、行方向の連結部３ｃの幅を例えば、約４分の１ないし約１０分の１程度以下にすれば十分であった。この構成により、行方向における配線基板２の熱膨張による基板寸法の変化の累積を小さく抑制することができ、配線基板２の寸法の変化の累積に起因する配線基板上の配線パターンの寸法変化（位置ずれ）を防止することができる。なお、列方向の連結部３、行方向の連結部３ｃは、配線基板２と同一素材で形成することにより、安価な多連配線基板とすることができる。また、連結部３ｃは、連結部３と同時に切断することができ、連結部３ｃを設けることによる工程上の問題は全く生じない。
【００３８】
実施の形態４においては、さらに、連結部３ｃの中間にＳ字状の屈曲部を備えている。連結強度の弱い行方向に形成する連結部３ｃは、行方向に配置する配線基板２への加熱時において、屈曲部において配線基板２による双方向からの熱膨張を吸収することができるから配線基板２の熱膨張の累積に起因する配線基板２における寸法の変化を一層低減することができる。
【００３９】
【発明の効果】
第１発明、第２発明にあっては、電子部品のフリップチップ装着時において、同時に装着される方向における配線基板の熱膨張に起因する配線基板の寸法変化を抑制でき、電子部品と配線基板との精確な位置合せが可能で、位置ずれ防止が可能となり、高歩留まりの電子部品実装方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る多連配線基板の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る多連配線基板への電子部品の実装方法の説明図である。
【図３】電子部品を本圧着した後に多連配線基板から切離した配線基板の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る多連配線基板の平面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る多連配線基板の平面図である。
【図６】従来の多連配線基板の平面図である。
【図７】従来の多連配線基板への電子部品の実装方法の説明図である。
【符号の説明】
１枠体
２配線基板
３、３ｃ連結部
４電子部品

Claims

同一平面に行列状に配置する配線基板を前記行方向又は列方向のいずれか一方向のみに形成する連結部を介して固定する多連配線基板へ電子部品をフリップチップ装着する電子部品実装方法であって、
前記フリップチップ装着は、前記一方向と異なる他方向に配置する配線基板において同時にすることを特徴とする電子部品実装方法。
同一平面に行列状に配置する配線基板を、前記行方向又は列方向のいずれか一方向における連結部の幅を該一方向と異なる他方向における連結部の幅より大きくして該他方向に配置する配線基板の加熱時における寸法変化の累積を抑制する構成とした連結部を介して固定する多連配線基板へ電子部品をフリップチップ装着する電子部品実装方法であって、
前記フリップチップ装着は、前記他方向に配置する配線基板において同時にすることを特徴とする電子部品実装方法。