JP3801674B2 - 電子部品の実装方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板等の実装対象物に電子部品をマウントして封止処理し実装する電子部品の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品を回路基板上に実装する方法として、回路基板上の電極に電子部品をフェイスダウンの状態で実装するＣＯＢ（ＣＨＩＰ ＯＮ ＢＯＡＲＤ）実装が注目を浴びている。以下図面を参照しながら、このＣＯＢ実装方法について説明する。
【０００３】
図８の（ａ）は従来のＣＯＢ実装方法のフローチャートを示している。これに基いて説明する。先ず図８の（ｂ）に示すように回路基板ａに電子部品ｂをマウントしボンディングする。回路基板ａには電子部品ｂとの電気的接続を行う図８の（ｂ）に示すような電極ｃが配置されている。回路基板ａは図８の（ｂ）に示すようにステージｄに保持される。一方、電子部品ｂの電極部には回路基板ａの電極ｃと接合するためのバンプｅが形成されている。このバンプｅにはボンディング用の銀ペースト等が被覆されている。電子部品ｂはマントに当りノズルｆで吸着搬送され、マウント位置に位置決めして基板ａ上にマウントされる。マウント後の電子部品ｂは前記銀ペーストの熱溶融を図ってボンディングする。次いで図８の（ｃ）に示すように電子部品ｂの周囲に封止剤を塗布する。この塗布は図８の（ｃ）に示すような傾斜ステージｇ等を用いて回路基板ａを斜めに位置保持し、電子部品ｂの高位側に沿ってディスペンサｈにより封止剤ｉを塗布する。これにより塗布した封止剤ｉは回路基板ａの傾斜に従って電子部品ｂの下部にも流入させる。そして封止剤ｉを熱硬化させて接合を完了する。図８の（ｃ）に示すｊは位置決めベースであり、回路基板ａを位置決めする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電子部品ｂの下面と回路基板ａとのすき間が数十ミクロンと狭い上に封止剤ｉの粘度が高いので、上記従来の塗布方法では電子部品ｂの下部へ封止剤ｉは流入しにくい。このため封止剤ｉの流入のための時間を多く取る傾向にありタクト時間が長く生産能率が悪い。しかも封止剤ｉの流入が不足し勝ちなため気泡が入る原因になっている。電子部品ｂと回路基板ａとの間に気泡があると、これが電子部品ｂのまわりの封止によって密閉されるので、気泡内空気が環境温度の変化によって膨張したり収縮したりし、そのときの増圧や減圧で電子部品ｂに割れが生じたり、気泡内の湿気によって電極等が腐蝕したりして実装不良を招く。
【０００５】
本発明は以上のような課題を解決するもので、実装対象物の電子部品マウント位置に封止剤を予め塗布して前記電子部品の下に封止剤を積極的に付与することにより、迅速かつ十分に封止処理でき、割れや腐食などの実装不良を低減し、また生産を上げることのできる電子部品の実装方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明の電子部品の実装方法は、電極部にバンプが形成されている電子部品をマウントする実装対象物の位置に、封止剤を前記実装対象物の電極部に掛からないようにして塗布する第１の塗布工程を行い、前記電子部品を前記位置にマウントし、前記電子部品のバンプに被覆されている銀ペーストないし導電性ペーストを熱溶融することで、ボンディングする工程を行い、実装対象物上のボンディング後の前記電子部品の周囲に封止剤を塗布する第２の塗布工程を行い、最後に、封止剤を熱により硬化させる工程を行う電子部品をマウントする実装対象物の位置に封止剤を前記実装対象物の電極部に掛からないようにして塗布する第１の塗布工程を行い、前記電子部品を前記位置にマウントし、前記部品に被覆されているペーストを熱溶融することで、ボンディングする工程を行い、実装対象物上のボンディング後の前記部品の周囲に封止剤を塗布する第２の塗布工程を行い、最後に、封止剤を熱により硬化させる工程を行うことを特徴とするものであり、
電極にバンプが形成されている電子部品は実装対象物の第１の塗布工程によって封止剤が予め塗布された部分にマウントされ、第１の塗布はマウント位置にある電極を避けるだけであって迅速かつ充分に強制塗布して、マウントされた電子部品と実装対象物との間に密に位置させ、続いて行われる電子部品と実装対象物との電極間の、前記電子部品のバンプに被覆されているペーストを熱溶融することでのボンディングには邪魔にならずそのまま通常通りに行われるようにする。第２の塗布工程は従来の場合同様に電子部品のまわりに封止剤を塗布するが、電子部品下の予め塗布されている封止剤にまで達すればよく、これも迅速かつ充分に行える。従って、電子部品と実装対象物との間の封止剤に気泡が入りにくく、気泡が原因した電子部品の割れや腐蝕による実装不良を低減することができる。また封止剤は２回塗布するもののいずれも短時間で達成されるとともに最後に熱により硬化されるのでタクト時間は短縮し生産能率が向上する。さらに第１の塗布によってその後にマウントされる電子部品を回路基板に接着する役目も営むので、マウント後に電子部品が位置ズレするのを防止し、また、ボンディング、封止処理した電子部品の固着性を向上するので、歩留りおよび品質の向上を図れる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、さらに、第２の塗布工程において実装対象物を水平に対して傾斜させた状態で封止剤を塗布することを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の発明においてさらに、第１、第２の各塗布工程のうちの少なくとも第１の塗布工程は、描画工法を用いるものであり、
描画工法による塗布軌跡や移動速度の自在な設定にて、実装対象物上の電極のどのような配列にも容易に対応して、しかも、必要などのような塗布密度および塗布量をも容易に満足することができ、特に第１の塗布に用いて実装不良の発生をさらに低減することができる。また、封止剤の塗布位置を正確に制御できるので、電極との安全隙間を適宜に設定しておけば、粘度の低い封止剤を用いて処理しても、電極部に流れてボンディングを邪魔することはないので、低粘度で流動性がよい分だけ作業能率が向上する。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１の発明においてさらに、第１の塗布工程は、スクリーン印刷工法を用いるものであり、
スクリーンに予め設定する印刷パターンによって、実装対象物上の電極のどのような配列にも対応して、しかも、必要な塗布密度も得られるので、実装不良の発生をさらに低減することができる。また、封止剤の塗布はスクリーンの開閉とスキージの移動だけで一瞬に行えるし、複数の部品マウント位置にも同時に塗布できるので、生産能率がさらに向上する。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１の発明においてさらに、第１の塗布工程と、第２の塗布工程とで異なる封止剤を用いるものであり、
第１、第２の各塗布の方式や器具の違いと云った異なった塗布条件に対応でき、第１、第２の各塗布を首尾よく達成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の幾つかの実施の形態につき、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態では、図１の（ｂ）〜（ｄ）に示すように実装対象物としての例えば回路基板１に電子部品２を実装する場合を示し、図１の（ｂ）、（ｃ）、図２、図３に示すような回路基板１を位置決め保持する保持手段１１としての位置決めベース３と、この位置決めされる回路基板１上に電子部品２をマウントしボンディングに供するマウント手段６としての例えば図１の（ｃ）に示すような吸着ノズル４を用いたものと、例えば図１の（ｂ）、図２に示すようなディスペンサ５が回路基板１の上を３次元的に移動することができる封止剤の塗布手段７とを備えた電子部品２の実装装置が用いられている。マウント手段６および塗布手段７は同一機械の同一ステージに対して設ければよいが、異なったステージに設けることができるし、個別の機械装置として順次に用いることもできる。また、本実施の形態ではボンディング後の電子部品２のまわりに従来通りの封止処理をするのに図１の（ｄ）、図４に示すような傾斜ステージ８とディスペンサ９を持った塗布手段１０も用いる。この傾斜ステージ８でも位置決めベース１３が用いられる。この位置決めベース１３はマウント手段６および塗布手段７による作業ステージのものとは異なったものであるのが好適である。回路基板１を傾斜姿勢でズレや移動のないように位置決めするためであり、そのための特別な位置決め部１３ａ、１３ｂが設けられる。もっとも請求項５の発明要件と本発明の目的を満足すれば装置の具体的な構成は自由である。例えば保持手段１１はマウント手段６、塗布手段７、１０の各作業のために共通して用いることもできる。この場合、保持手段１１は全ての作業に際して回路基板１を傾斜させて保持してもよいし、ボンディング後の封止材塗布に際してだけ傾斜させるようにすることもできる。
【００１４】
本実施の形態では塗布手段７、１０は異なったものを用いているが、作業ステージを共通にする場合は特に、それらは同一物を共用すると好適である。塗布手段７、１０の各ディスペンサ５、９は塗布作業のために図２、図３に示すように水平面上で直交するＸ，Ｙの２方向と、鉛直なＺ方向とに移動および位置制御されるものが好適である。もっとも、塗布手段７による封止剤の塗布は塗布精度確保の上から描画工法を採用するのがよく、高精度な動作機構１５と動作制御手段１６とが用いられる。動作制御手段１６は専用制御機器でもよいが、数値制御できるマイクロコンピュータが汎用性や数値管理の上で便利である。塗布手段１０による塗布は描画工法に比べれば単純で、その動作機構１７と動作制御手段１８とは塗布手段７のものより低級な従来通りのものでよい。
【００１５】
傾斜ステージ８は、傾斜の角度（θ）をかえられるし、回路基板１を保持する角度（α）も変えられる。このθおよびαの自由な設定によって、最も効率の良い塗布状態をつくることができる。本実施の形態ではθ＝１０°、α＝４５°とした。
【００１６】
上記の装置を用いた電子部品２の実装作業は、例えば図１の（ａ）に示すフローチャートに従った方法で行われる。これについて説明する。先ず、回路基板１の電子部品２をマウントする位置２０に図１の（ｂ）、図２に示すように封止剤２１を回路基板１の電極部２２に掛からないようにして塗布する第１の塗布工程を行う。この塗布は前記した描画工程によって行われ、電極部２２に掛からない範囲で、できるだけ広く密に、かつ所定の厚さになるように塗布する。このためにディスペンサ５の描画軌跡と軌跡密度とが適宜設定される。本実施の形態では、図１の（ｂ）、図２に示すように密なピッチで連続的に直線往復移動する描画動作を行っている。しかし、これに限られないのは勿論である。
【００１７】
この第１の塗布工程において、回路基板１とディスペンサ５は図５に示すようにスペーサ２３によって間隔を保持される。ディスペンサ５に供給される封止剤２１は、圧縮エアー２４により吐出口５ａから吐出される。この吐出と同時にてディスペンサ５は回路基板１に対し前記描画動作される。このとき封止剤２１の粘度変化を防止するため、恒温水２５をディスペンサ５の周囲に循環させる。なお、本実施の形態ではスペーサ２３を用いているが、例えば（公開特許公報平２−１８７０９５）等に示すような回路基板１とディスペンサ５との並行関係精度が高く、かつ封止剤２１の塗布量精度が低くても良い時は、スペーサ２３等の間隔保持手段は不要となる。本実施の形態では上記間隔を１００（μｍ）とした。
【００１８】
次いで、図１の（ｃ）、図３に示すように回路基板１の封止剤塗布後のマウント位置２０にマウント手段６により電子部品２をマウントし、ボンディングに供する。ボンディングにより回路基板１と電子部品２の電極は電子部品２側のバンプ１２５を介して接続される。この工程は従来工法と同じであり詳細な説明は省略する。なお、このマウントボンディング工程のためにノズル４は動作機構２６と動作制御手段２７とによって水平面上で直交するＸ，Ｙ２方向と、鉛直Ｚ方向との動きを制御される。
【００１９】
続いて、図１の（ｄ）、図４に示す第２の塗布工程を塗布手段１０によって行う。これも従来工法と変らないので、詳細な説明は省略する。最後に封止剤２１を熱により硬化させて全工程を終了する。
【００２０】
以上のようにして、電子部品２の封止処理を伴う回路基板１への実装が、上記装置によって自動的に達成される。
【００２１】
以上のような実装方法では、第１の塗布はマウント位置２０にある電極２２を避けるだけであって迅速かつ充分に強制塗布して、マウントされた電子部品２と回路基板１との間に密に位置させ、続いて行われる電子部品２と回路基板１との電極間のボンディングには邪魔にならずそのまま通常通りに行われる。第２の塗布工程は従来の場合同様に電子部品２のまわりに封止剤２１を塗布するが、電子部品２下の予め塗布されている封止剤２１にまで達すればよく、これも迅速かつ充分に行える。従って、電子部品２と回路基板１との間の封止剤２１に気泡が入りにくく、気泡が原因した電子部品２の割れや腐蝕による実装不良を低減することができる。また、封止剤２１は２回塗布するもののいずれも短時間で達成されるのでタクト時間は短縮し生産能率が向上する。さらに第１の塗布によってその後にマウントされる電子部品２を回路基板１に接着する役目も営むので、マウント後に電子部品２が位置ズレするのを防止し、また、ボンディング、封止処理した電子部品２の固着性を向上するので、歩留りおよび品質の向上を図れる。
【００２２】
しかも、描画工法は塗布軌跡や移動速度の自在な設定にて、回路基板１上の電極２２のどのような配列にも容易に対応して、必要などのような塗布密度および、塗布量をも容易に満足することができ、特に第１の塗布に用いて実装不良の発生をさらに低減することができる。また、封止剤２１の塗布位置を正確に制御できるので、電極２２との安全隙間を適宜に設定しておけば、粘度の低い封止剤を用いて処理しても、電極部に流れてボンディングを邪魔することはないので、低粘度で流動性がよい分だけ作業能率が向上する。
【００２３】
さらに第１の塗布工程と、第２の塗布工程とで異なる封止剤を用いることができ、これにより、第１、第２の各塗布の方式や器具の違いと云った異なった塗布条件に対応でき、第１、第２の各塗布を首尾よく達成することができる。
【００２４】
（実施の形態２）
図６は本発明の第２の実施の形態として、第１の塗布工程に特に好適なディスペンサ５を示している。このディスペンサ５は、封止剤２１の吐出口５ａが複数ある。実施例としては３つであり一列に並んでいる。しかしこれに限らず適数のものをどのように配列してもよい。
【００２５】
各吐出口５ａは各々継手３１エアーチューブ３２によって電磁弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃに接続されている。なお図に示す３４はディスペンサ５のキャップ、３５はエアもれ防止のシールである。各電磁弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃは各々レギュレータ３６ａ、３６ｂ、３６ｃに接続されている。レギュレータ３６ａ、３６ｂ、３６ｃは各々エア圧力を調整することができる。従ってレギュレータ３６ａ、３６ｂ、３６ｃの調整と電磁弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃの開閉調整により、各吐出口５ａからの封止剤２１の吐出量を個々に調整することができ、レギュレータ３６ａ〜３６ｃ、電磁弁３３ａ〜３３ｃは吐出量制御手段として機能する。
【００２６】
これにより、描画特有の、線幅方向の封止剤２１の厚さの微差をなくし、線幅方向にフラットな、断面が真長方形の塗布が可能となる。これを第１の実施の形態で述べた塗布手段７に用いると第１の塗布が行えるし、塗布手段１０に用いると第２の塗布が行える。従って第１、第２の各塗布に１つのディスペンサを共用する場合に有効である。本実施の形態のディスペンサ５は他の一般の塗布にも採用することができる。
【００２７】
このように複数の吐出口５ａへの封止剤２１の供給量を個別に制御することにより、粘性の高い封止剤２１であっても、ディスペンサ５全体での吐出量、従って塗布量を微妙かつ正確に制御することができ、種々な塗布条件に最適に対応できる。しかも吐出口５ａの位置を考慮したそれぞれからの封止剤２１吐出量を制御することによって塗布軌跡がカーブするときのカーブの内側の塗布量を少なく外側の塗布量を多くして全体として均一に塗布できるようにすることができ有効である。
【００２８】
（実施の形態３）
図７は本発明の第３の実施の形態として、第１の塗布工程をスクリーン印刷装置によって行う。
【００２９】
これについて説明すると、回路基板１は保持手段としてのステージ４１に保持され、基板１の配線パターンに合わせて、乳剤４２によってパターニングされたスクリーン４３が位置決めされる。スクリーン４３上には封止剤２１が載置され、スキージ４４をスクリーン４３に押付けながら移動させることにより、回路基板１上に封止剤２１を塗布させる。以上は一般のスクリーン印刷工法と同様である。このような第１の塗布工程においても第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果が得られる。
【００３０】
具体的には、描画工法における上記線幅方向での封止剤２１のフラット化に対して、スクリーン４３上に形成された乳剤４２のパターンエッジの鋭化及び版抜け性の向上によって、上記描画方法には劣るものの、ほぼ同様の効果を達成することができた。
【００３１】
このような工法では、スクリーン４３に乳剤４２にて予め設定する印刷パターンによって、回路基板１上の電極のどのような配列にも対応して、しかも、必要な塗布密度も得られるので、実装不良の発生をさらに低減することができる。また、封止剤２１の塗布はスクリーン４３の開閉とスキージ４４の移動だけで一瞬に行えるし、複数の電子部品２のマウント位置にも同時に塗布できるので、生産能率がさらに向上する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は前記実施例の説明より明らかなように、部品のマウント前に前記部品の実装位置にあらかじめ封止剤を塗布するので、気泡混入等の封止剤の塗布不良による割れや腐食等の実装不良を低減し、また生産タクトを上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電子部品の実装方法のフローチャートと、この方法に用いる装置の斜視図である。
【図２】図１の封止剤の第１の塗布工程とその塗布装置を示す斜視図である。
【図３】図１の電子部品のマウント・ボンディング工程とそのマウント装置を示す斜視図である。
【図４】図１の封止剤の第２の塗布工程とその塗布装置を示す斜視図である。
【図５】図２の描画工法動作中のディスペンサを示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示すディスペンサの断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示すスクリーン印刷工法を用いた図１の第１の塗布工程とその装置を示す断面図である。
【図８】従来の電子部品の封止処理を行う実装方法のフローチャートとこの方法に用いる装置の斜視図である。
【符号の説明】
１ 回路基板
２ 電子部品
３、１３ 位置決めベース
４ 吸着ノズル
５、９ ディスペンサ
５ａ 吐出口
６ マウント手段
７、１０ 塗布手段
８ 傾斜ステージ
１１ 保持手段
１５、１７、２６ 動作機構
１６、１８、２７ 動作制御手段
２０ マウント位置
２１ 封止剤
２２ 電極
３２ エアチューブ
３３ａ〜３３ｃ 電磁弁
３６ａ〜３６ｃ レギュレータ
４１ ステージ
４２ 乳剤
４３ スクリーン
４４ スキージ

Claims (5)

  1. 電極部にバンプが形成されている電子部品をマウントする実装対象物の位置に、封止剤を前記実装対象物の電極部に掛からないようにして塗布する第１の塗布工程を行い、
    前記電子部品を前記位置にマウントし、前記電子部品のバンプに被覆されている銀ペーストないし導電性ペーストを熱溶融することで、ボンディングする工程を行い、
    実装対象物上のボンディング後の前記電子部品の周囲に封止剤を塗布する第２の塗布工程を行い、
    最後に、封止剤を熱により硬化させる工程を行う
    ことを特徴とする電子部品の実装方法。
  2. 第２の塗布工程において実装対象物を水平に対して傾斜させた状態で封止剤を塗布することを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装方法。
  3. 第１、第２の各塗布工程のうちの少なくとも第１の塗布工程は、描画工法を用いる請求項１記載の電子部品の実装方法。
  4. 第１の塗布工程は、スクリーン印刷工法を用いる請求項１記載の電子部品の実装方法。
  5. 第１の塗布工程と、第２の塗布工程とで異なる封止剤を用いる請求項１記載の電子部品の実装方法。
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