JP5106774B2 - 電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電子部品を積層したスタック実装部品を基板に半田接合により実装する電子部品実装方法に関するものである。

近年電子機器の小型化・高機能化の進展に伴い、電子機器に組み込まれる半導体パッケージなどの電子部品は小型化・薄化するとともに、実装密度を更に高密度化することが求められている。このような高密度実装に対応するための実装形態として、基板に電子部品を実装した基板モジュールを積層したスタック実装構造が採用されるようになっている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例では、半田バンプが形成された半導体パッケージを複数個積層して基板に実装することにより、基板サイズを増大することなく高実装密度の実装基板を製造することが可能となる。
特開２００５−２６６４８号公報

ところでスタック実装構造に用いられる半導体パッケージは薄型であるため剛性が低く半田接合のためのリフロー時の加熱によって反り変形を生じやすいという特性がある。このため、リフロー時に半田バンプが反り変形により浮き上がって、半田バンプが基板の接続用電極に正常に半田接合されず、導通不良や接合強度不足などの接合不良が生じやすい。

そこで本発明は、複数の電子部品を積層したスタック実装部品を半田接合によって実装する場合における接合不良を防止することができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装方法は、複数の電子部品を積層して成り最下層の前記電子部品の下面に外部接続用の半田バンプが形成されたスタック実装部品及びリードを有する電子部品を基板に実装する電子部品実装方法であって、前記基板の接続用電極に予め半田ペーストを印刷する半田印刷工程と、前記半田バンプに半田ペーストを転写により供給する半田転写工程と、前記スタック実装部品を前記基板に搭載して前記半田バンプを前記基板の接続用電極に前記半田ペーストを介して着地させるとともに、前記電子部品の前記リードを前記基板の接続用電極に位置合わせして搭載する搭載工程と、前記基板を前記スタック実装部品及び前記電子部品とともに加熱して前記半田バンプおよび半田ペースト中の半田成分を溶融させることにより、前記スタック実装部品及び前記電子部品を前記基板に半田接合するリフロー工程とを含み、前記スタック実装部品を構成する前記複数の電子部品は、半導体素子を樹脂封止して形成された薄型のパッケージ部品である。

本発明によれば、半田バンプに半田ペーストを転写により供給した状態で電子部品を基板に搭載して半田バンプを基板の接続用電極に半田ペーストを介して着地させることにより、半田バンプと接続用電極との間に隙間がある場合にあっても、半田ペースト中の半田成分によって溶融半田量を増加させるとともに溶融半田の濡れ拡がりを確保して、スタック実装部品を半田接合によって実装する場合における接合不良を防止することができる。

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は本発明の一実施の形態の実装基板製造ラインの構成図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図３は本発明の一実施の形態の実装基板に実装される電子部品の構造説明図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における半田接合過程の説明図である。

まず図１を参照して、実装基板製造ラインについて説明する。図１において、実装基板製造ラインは、スクリーン印刷機Ｍ１、電子部品実装機Ｍ２，リフロー装置Ｍ３を直列に接続して構成されている。スクリーン印刷機Ｍ１は基板に電子部品接合用の半田ペーストを印刷する。電子部品実装機Ｍ２は半田ペーストが印刷された基板に電子部品を搭載する。リフロー装置Ｍ３は、電子部品が搭載された基板を加熱することにより、半田ペースト中の半田成分を溶融させて電子部品を基板に半田接合する。

次に、図２を参照して電子部品実装機Ｍ２の構造を説明する。図２において、基台１の中央部には搬送路２がＸ方向に配列されている。搬送路２は、電子部品が実装される基板３を搬送し、電子部品実装位置に基板３を位置決めする。搬送路２の手前側には第１の部品供給部４Ａが配設されており、第１の部品供給部４Ａに備えられた部品トレイには、複数の電子部品を積層して成るスタック実装部品１１が保持されている。搬送路２の後方側には第２の部品供給部４Ｂが配設されており、第２の部品供給部４Ｂに配列されたテープフィーダ５は、リード型の電子部品１９（図４参照）を保持したテープをピッチ送りして以下に説明する搭載ヘッドのピックアップ位置に供給する。

基台１のＸ方向の両端部には、Ｙ軸テーブル６ＡおよびＹ軸ガイド６Ｂが配設されており、Ｙ軸テーブル６Ａ，Ｙ軸ガイド６ＢにはＸ軸テーブル７が架設されている。Ｘ軸テーブル７には搭載ヘッド８が装着されている。搭載ヘッド８は複数の単位搭載ヘッド８ａを備えた多連型の搭載ヘッドであり、基板認識カメラ９と一体的に移動する。Ｘ軸テーブル７、Ｙ軸テーブル６Ａを駆動することにより搭載ヘッド８はＸＹ方向に移動し、第１の部品供給部４Ａからスタック実装部品１１を、また第２の部品供給部４Ｂから電子部品１９を単位搭載ヘッド８ａの吸着ノズル２０（図４（ｃ）参照）によって取り出して、搬送路２上に位置決めされた基板３に搭載する。

搬送路２と第１の部品供給部４Ａとの間には、ラインカメラ１０，ノズルストッカ１４，半田ペースト転写テーブル１５が配設されている。それぞれの部品供給部から電子部品をピックアップした搭載ヘッド８が基板３へ移動する途中で、搭載ヘッド８がラインカメラ１０の上方を通過することにより、搭載ヘッド８に保持された状態の電子部品を認識する。

ノズルストッカ１４は、基板３に搭載される電子部品の種類に応じた吸着ノズルを複数種類収納しており、搭載ヘッド８がノズルストッカ１４にアクセスすることにより、搭載対象の電子部品に応じた吸着ノズルを選択して装着することができるようになっている。ペースト転写テーブル１５は、半田成分をフラックスに混入して粘性体とした半田ペーストをテーブル上に薄膜状態にして供給する。電子部品を保持した搭載ヘッド８をペースト転写テーブル１５に対して昇降させることにより、電子部品の下面に形成された半田バンプには半田ペーストが転写により供給される。

次に図３を参照して、スタック実装部品１１について説明する。図３に示すように、スタック実装部品１１は、下面にバンプ１６が形成された電子部品１２の上面に、電子部品１３の下面に形成されたバンプ１７を接合することにより、電子部品１２および電子部品１３を積層した構成となっている。電子部品１２、電子部品１３はいずれも、半導体素子を樹脂封止して形成された薄型のパッケージ部品である。スタック実装部品１１を基板に実装する際には、最下層の電子部品１２の下面に形成された外部接続用の半田バンプ１６を基板の電極に半田接合することにより行われる。

次に、基板３にスタック実装部品１１を実装する電子部品実装方法について、図４，図
５を参照して説明する。図４（ａ）において、基板３の上面には、電極３ａ、３ｂ（接続用電極）が形成されている。電極３ａはスタック実装部品１１のバンプ１６の配列と同じ配列になっており、電極３ｂは電子部品１９のリード１９ａの配列と同じ配列で形成されている。基板３は、まず図１に示すスクリーン印刷機Ｍ１に搬入され、ここで図４（ｂ）に示すように、基板３の電極３ａ、３ｂにスクリーン印刷により半田ペースト１８を供給する（半田印刷工程）。次いで半田供給後の基板３は電子部品実装機Ｍ２に搬入され、搬送路２上の実装位置に位置決めされる。そして搭載ヘッド８を基板３上に移動させ、基板認識カメラ９で基板３を撮像することにより、基板３の位置を認識する（第１の認識工程）。

この後、スタック実装部品１１への半田ペースト転写が行われる。すなわち、第１の部品供給部４Ａから搭載ヘッド８によって取り出されたスタック実装部品１１は、吸着ノズル２０に保持された状態でペースト転写テーブル１５に移動する。そして図４（ｃ）に示すように、半田ペースト１８の塗膜に対してスタック実装部品１１を昇降させることにより、半田バンプ１６の下面側には半田ペースト１８が転写により供給される（半田転写工程）。

次に搭載ヘッド８によって、図４（ｄ）に示すように、半田印刷後の基板３に半田ペースト転写後の電子部品を搭載する。まずスタック実装部品１１を、第１の認識工程の認識結果に基づいて基板３の電極３ａに対して位置合わせし、次いで半田バンプ１６を電極３ａ上に半田ペースト１８を介して着地させて搭載する（搭載工程）。この搭載工程においては、電子部品１９の搭載も実行され、リード１９ａを電極３ｂに位置合わせして搭載する。

この後、基板３はリフロー装置Ｍ３に搬入される。ここでは、スタック実装部品１１，電子部品１９が搭載された基板３を、これらの電子部品とともに半田溶融温度より高いリフロー温度まで加熱することにより、スタック実装部品１１の半田バンプ１６を基板３の電極３ａに、また電子部品１９のリード１９ａを電極３ｂに半田接合する（リフロー工程）。この半田接合は、半田バンプ１６および半田ペースト１８中の半田成分を溶融させることにより行われる。これにより、複数の電子部品１２，１３を積層して成り最下層の電子部品１２の下面に外部接続用の半田バンプ１６が形成されたスタック実装部品１１を基板３に実装した構成の高実装密度の実装基板が完成する。

上述のリフロー工程における半田接合過程について、図５を参照して説明する。ここでは、スタック実装部品１１の半田バンプ１６を基板３の電極３ａ半田接合する例について説明している。前述のように、スタック実装部品１１は薄型の半導体パッケージであることから、スタック実装部品１１を基板３に搭載した時点において、さらにはリフロー時に半田バンプ１６がパッケージ本体の上向きの反り変形により浮き上がって、図５（ａ）に示すように、半田バンプ１６と電極３ａとの間に隙間ｄが生じやすい。

このように半田バンプ１６と電極３ａとの間に隙間が存在する場合にあっても、本実施の形態においては部品搭載に先立って半田バンプ１６にさらに半田ペースト１８を転写するようにしており、さらには電極３ａにも半田ペースト１８を印刷により供給するようにしていることから、接合対象となる電極３ａの上面と半田バンプ１６の下面とは、周囲を十分な量の半田ペースト１８によって覆われた状態となっている。

そしてリフローはこのような状態で行われる。すなわち加熱によって半田が溶融する過程において、半田ペースト１８の半田成分が溶融した溶融半田１８ａは十分な量を有しており、図５（ｂ）に示すように、半田バンプ１６の下端部と電極３ａの表面とを連結した状態で、粘性液状の樹脂成分１８ｂ中で濡れ拡がる。このとき、溶融半田１８ａの表面張
力によって半田バンプ１６を電極３ａ側に引き寄せて、当初存在した隙間ｄを狭めるような力が作用する。

この後、さらに加熱を継続することにより、半田バンプ１６が溶融して溶融半田１８ａと一体となり、図５（ｃ）に示すように、スタック実装部品１１と電極３ａとを連結する半田接合部１６ａが形成される。そしてこの後冷却されて半田接合部１６ａが固化することにより、スタック実装部品１１の基板３への半田接合が完了する。この半田接合部１６ａは、半田バンプ１６が溶融した半田量に半田ペースト１８中の半田量が加えられたものとなることから、スタック実装部品１１と基板３とは十分な半田量の半田接合部によって半田接合され、十分な接合強度と導通性が確保される。

なお上記実施の形態においては、基板３の接続用電極３ａにも予め印刷により半田を供給する例を示したが、パッケージの反り変形の程度が比較的小さく、半田バンプに追加的に供給する半田量が少なくて済むような場合には、接合用電極への半田の供給は省略しても良い。

本発明の電子部品実装方法は、複数の電子部品を積層したスタック実装部品を半田接合によって実装する場合における接合不良を防止することができるという効果を有し、半導体素子を樹脂封止して形成された薄型のパッケージ部品を基板に半田接合により実装する分野に有用である。

本発明の一実施の形態の実装基板製造ラインの構成図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の実装基板に実装されるスタック実装部品の構造説明図 本発明の一実施の形態の実装基板の製造方法の工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における半田接合過程の説明図

符号の説明

３ 基板
３ａ、３ｂ 電極
１１ スタック実装部品
１２，１３、１９ 電子部品
１６ 半田バンプ
１８ 半田ペースト

Claims (1)

1. 複数の電子部品を積層して成り最下層の前記電子部品の下面に外部接続用の半田バンプが形成されたスタック実装部品及びリードを有する電子部品を基板に実装する電子部品実装方法であって、
   前記基板の接続用電極に予め半田ペーストを印刷する半田印刷工程と、
   前記半田バンプに半田ペーストを転写により供給する半田転写工程と、
   前記スタック実装部品を前記基板に搭載して前記半田バンプを前記基板の接続用電極に前記半田ペーストを介して着地させるとともに、前記電子部品の前記リードを前記基板の接続用電極に位置合わせして搭載する搭載工程と、
   前記基板を前記スタック実装部品及び前記電子部品とともに加熱して前記半田バンプおよび半田ペースト中の半田成分を溶融させることにより、前記スタック実装部品及び前記電子部品を前記基板に半田接合するリフロー工程とを含み、
   前記スタック実装部品を構成する前記複数の電子部品は、半導体素子を樹脂封止して形成された薄型のパッケージ部品であることを特徴とする電子部品実装方法。

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