JP5310252B2 - 電子部品実装方法および電子部品実装構造 - Google Patents

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Description

本発明は、下面にバンプが設けられた電子部品を基板に実装する電子部品実装方法およびこの電子部品実装方法によって形成された電子部品実装構造に関するものである。
電子部品を基板に実装する方法として、半田接合による方法が広く用いられており、電子部品に設けられたバンプなどの接続用電極を基板の電極に半田接合することにより、電子部品は基板と電気的に導通するとともに、実装後の電子部品は半田接合部によって基板に保持される。実装後の使用状態においてヒートサイクルによる熱応力など、電子部品に対して外力が作用する場合には半田接合部のみでは強度が不足するため、半田接合とともに補強用樹脂によって電子部品を基板に接着して半田接合部による保持力を補強することが行われる（例えば特許文献１参照）。
この特許文献例においては、裏面に複数のはんだ接合部を有する半導体パッケージをプリント配線板に実装した実装面部において、はんだ接合部をクリーム半田（はんだペースト）を介して接合するとともに、外縁部に位置するはんだ接合部の一部を熱硬化性樹脂を含む補強材料によって局所的に補強するようにしている。すなわち、従来技術においては、バンプなどの接続用電極を基板の電極に半田接合するために用いられるフラックス入りのクリーム半田と、半導体パッケージなどの部品本体を基板に固着して補強するための補強材料との、成分組成系が異なる２種類の接合用材料を用いるようにしていた。
特開２００８−３００５３８号公報
しかしながら近年の電子部品の小型化に伴い、上述のように電子部品実装に際して成分組成系が異なる接合用材料を混用する場合においては、次のような不具合が生じている。すなわち小型部品を対象とする場合には、電子部品の下面に設けられたバンプを接合するために印刷などの方法で基板上に供給されるクリーム半田と接触することなく、熱硬化性樹脂を主成分とする補強材料を基板に塗布することが困難になってきている。このため、リフロー時に補強材料がクリーム半田中のフラックス成分と混合して熱硬化性樹脂の正常な熱硬化が阻害され、補強材料による十分な補強効果が得られない結果となっていた。このように、下面にバンプが設けられた電子部品を対象とする従来の電子部品実装においては、補強材料による補強効果が得られず、接合強度を確保することが困難であるという課題があった。
そこで本発明は、下面にバンプが設けられた電子部品を対象として接合強度を確保することができる電子部品実装方法および電子部品実装構造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、下面にバンプが設けられた電子部品を基板に実装する電子部品実装方法であって、前記基板に形成された電極に半田粒子を第１の熱硬化性樹脂に含有させた半田接合材を供給する接合材供給工程と、前記基板において前記電子部品の外縁部に対応する位置に設定された複数の補強点に半田粒子を含まない第２の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、前記半田接合材が供給され前記接着剤が塗布された前記基板に前記電子部品を搭載して、前記バンプを前記半田接合材を介して前記電極に着地させるとともに、前記電子部品の外縁部を前記接着剤に接触させる部品搭載工程と、部品搭載工程後の前記基板を加熱することにより、前記半田粒子を溶融固化させて前記バンプを前記電極に半田接合する半田接合部を形成するとともに、前記第１の熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記半田接合部を補強する第１の樹脂補強部を形成し、さらに前記第２の熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記電子部品の外縁部と前記基板の補強点とを固着する第２の樹脂補強部を形成する加熱接合工程とを含み、前記第１の熱硬化性樹脂および第２の熱硬化性樹脂の２種類の樹脂の成分組成は異なるものであり、前記２種類の樹脂に含まれる主剤および硬化剤は、共通の成分をそれぞれ５０％以上含む。
本発明の電子部品実装構造は、半田粒子を第１の熱硬化性樹脂に含有させた半田接合材および半田粒子を含まない第２の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を用いることにより、下面にバンプが設けられた電子部品を基板に実装してなる電子部品実装構造であって、前記半田粒子を溶融固化させることにより形成され前記バンプを前記基板に形成された電極に半田接合する半田接合部と、前記第１の熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより形成され前記半田接合部を補強する第１の樹脂補強部と、前記第２の熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより形成され前記電子部品の外縁部と前記基板に設定された補強点とを固着する第２の樹脂補強部とを備え、前記第１の熱硬化性樹脂および第２の熱硬化性樹脂の２種類の樹脂の成分組成は異なるものであり、前記２種類の樹脂に含まれる主剤および硬化剤は、共通の成分をそれぞれ５０％以上含む。
本発明によれば、下面にバンプが設けられた電子部品を基板に実装する電子部品実装において、半田粒子を第１の熱硬化性樹脂に含有させた半田接合材を基板に形成された電極とバンプとの接合に用い、半田粒子を含まない第２の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を電子部品の外縁部と基板に設定された補強点との固着に用いることにより、半田接合剤と接着剤とが混合した場合にも熱硬化性樹脂の正常な熱硬化が阻害されることがなく、下面にバンプが設けられた電子部品を対象として接合強度を確保することができる。
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 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 本発明の一実施の形態の電子部品実装構造の部分断面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装構造の部分断面図
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）において、基板１の上面１ａには、複数の電子部品接合用の電極２が形成されている。電極２には、図１（ｂ）に示すように、半田粒子３ｂを第１の熱硬化性樹脂３ａに含有させた構成の半田接合材３がスクリーン印刷やディスペンスなどの方法によって供給される（接合材供給工程）。
次いで図１（ｃ）に示すように、基板１において電極２の両側方に位置して電子部品の外縁部に対応する位置に設定された複数の補強点１ｂには、半田粒子を含まない第２の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤４を塗布する（接着剤塗布工程）。このとき、接着剤４の塗布位置は最外縁に位置する電極２と近接していることから、ディスペンサ５による塗布時に電極２上に予め供給された半田接合材３と接触して部分的に混合する事態が生じる場合がある。このような不具合を防止することを目的として、本実施の形態においては、半田接合材３を構成する第１の熱硬化性樹脂３ａと接着剤４を構成する第２の熱硬化性樹脂の組成を類似させて両者が混合した場合にあっても、熱硬化が阻害されないようにしている。
ここで第１の熱硬化性樹脂３ａ、第２の熱硬化性樹脂として用いられる樹脂の組成を説明する。まず熱硬化性樹脂の主剤としては、ここではビスフェノール型のジグリシジルエーテル系、グリジルアミン系、長鎖脂肪族ジグリシジルエーテル系、グリジルエステル系
などのエポキシ樹脂が用いられる。また主剤を硬化させる硬化剤としては、アミン類（脂肪族、脂環式）、酸無水物（脂肪族、脂環式）、イミダゾール類、ヒドラジド類、ジメチル尿素、ジシアンジアミドなどが用いられる。
希釈剤としては、溶剤やモノマー、低分子量化合物が用いられ、固形添加物としてのフィラーとしては、珪酸、アルミナ、炭酸カルシウムなどの金属酸化物粉末、ゴム、プラスチックスなどの有機粉末、半田、銅、銀などの金属粉末が用途に応じて選定される。さらに、必要とされる特性に応じて、ゲル化剤、キシレンやロジンなどの熱可塑性樹脂、イオントラップ剤、着色剤、カップリング剤、表面活性剤などが選定される。なお熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂以外にアクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂などを用いてもよい。
ここで、半田接合材３および接着剤４を組み合わせて用いる場合の具体的な配合例を説明する。まず第１の配合例について説明する。半田接合材３は半田粒子３ｂを粘性体である第１の熱硬化性樹脂３ａに含有させたクリーム半田であり、半田粒子３ｂとしては、Ｓｎ系などの半田を粒子状にしたものが用いられる。そして第１の熱硬化性樹脂３ａとしては、主剤としてのビスフェノール型のジグリシジルエーテル系エポキシ樹脂に、硬化剤として酸無水物（脂環式）、希釈剤としてエポキシモノマー、さらに添加剤としてゲル化剤や半田表面の酸化膜を除去する活性作用を付与するための有機酸を含有したものが用いられる。すなわち第１の熱硬化性樹脂３ａは、通常のクリーム半田におけるフラックスの機能を併せ有している。
接着剤４は、半田接合材３と同様に、主剤としてのビスフェノール型のジグリシジルエーテル系エポキシ樹脂に、硬化剤として酸無水物（脂環式）（９０％）にイミダゾール類（１０％）を加えたもの、希釈剤としてエポキシモノマー、固形添加物のフィラーとして、珪酸などの金属酸化物粉末、ゴムなどの有機粉末、さらに添加剤としてゲル化剤や着色剤、イオントラップ剤を含有したものが用いられる。この第１の配合例においては、半田接合材３、接着剤４の主剤はいずれもビスフェノール型のジグリシジルエーテル系エポキシ樹脂であり同一組成となっている。また硬化剤については、酸無水物（脂環式）が半田接合材３、接着剤４に共通して９０％含まれている。
次に第２の配合例について説明する。第１の熱硬化性樹脂３ａとしては、主剤としてのビスフェノール型のジグリシジルエーテル系エポキシ樹脂に、硬化剤としてヒドラジド類、希釈剤としてエポキシモノマー、さらに添加剤としてゲル化剤や活性作用を付与するためのロジンなどの熱可塑性樹脂、有機酸を含有したものが用いられる。熱可塑性樹脂を加えることにより、接合後にリペアを必要とする場合において加熱によって樹脂補強部を軟化させることができ、電子部品を容易に取り外すことができるという利点がある。
接着剤４は、半田接合材３と同様に、主剤としてのビスフェノール型のジグリシジルエーテル系エポキシ樹脂（７０％）と長鎖脂肪族ジグリシジルエーテル系エポキシ（３０％）とを混合したもの、硬化剤として酸無水物（脂環式）にイミダゾール類を加えたもの、希釈剤としてエポキシモノマー、固形添加物のフィラーとして、珪酸などの金属酸化物粉末、ゴムなどの有機粉末、さらに添加剤としてゲル化剤や着色剤を含有したものが用いられる。第２の配合例においては、主剤については、いずれもビスフェノール型のジグリシジルエーテル系エポキシ樹脂が、半田接合材３、接着剤４に共通に７０％含まれている。また硬化剤については、ヒドラジド類が半田接合材３、接着剤４に共通して１００％含まれている。
すなわち第１の配合例、第２の配合例のいずれにおいても、半田接合材３を構成する第１の熱硬化性樹脂および接着剤４を構成する第２の熱硬化性樹脂の２種類の樹脂の成分組
成において、２種類の樹脂に含まれる主剤および硬化剤は、共通の成分をそれぞれ５０％以上含む組成となっている。このように、第１の熱硬化性樹脂および第２の熱硬化性樹脂の２種類の樹脂の成分組成において、主剤および硬化剤をそれぞれ５０％以上共通の成分とすることにより、主剤および硬化剤以外の異なる成分がそれぞれの樹脂に含まれていても、これら２種類の樹脂を混合した場合において正常な熱硬化反応が阻害されることがない。
次いで、図２（ａ）に示すように電極２に半田接合材３が供給され、上面１ａの補強点１ｂに接着剤４が塗布された基板１に、電子部品６が搭載される。電子部品６はＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）など下面に外部接続用のバンプ７が半田によって形成されたバンプ付の電子部品である。電子部品６の搭載においては、バンプ７を電極２に位置合わせした状態で基板１に対して下降させ（矢印ａ）、図２（ｂ）に示すように、バンプ７を半田接合材３を介して電極２に着地させるとともに、電子部品６の外縁部６ａを接着剤４に接触させる（部品搭載工程）。
この後、部品搭載工程後の基板１はリフロー装置に送られ、所定の温度プロファイルで加熱される。この加熱により、図２（ｃ）に示すように、半田粒子３ｂをバンプ７とともに溶融固化させてバンプ７を電極２に半田接合する半田接合部７＊を形成する。これとともに、半田接合材３中の第１の熱硬化性樹脂３ａを熱硬化させて、半田接合部７＊を周囲から補強する第１の樹脂補強部３ａ＊を形成する。さらにこの加熱により接着剤４を構成する第２の熱硬化性樹脂を熱硬化させて、電子部品６の外縁部６ａと基板１の補強点１ｂとを固着する第２の樹脂補強部４＊を形成する（加熱接合工程）。
図３は、半田粒子を第１の熱硬化性樹脂に含有させた半田接合材および半田粒子を含まない第２の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を用いることにより、下面にバンプ７が設けられた電子部品６を基板１に実装してなる電子部品実装構造の部分断面を示している。ここでは、電子部品６の形成された複数のバンプ７のうち、最外縁に位置して接着剤４による補強点１ｂに近接した位置にあるバンプ７を含む部位の断面を示している。
すなわちこの電子部品実装構造は、半田粒子３ｂをバンプ７とともに溶融固化させることにより形成され、バンプ７を基板１に形成された電極２に半田接合する半田接合部７＊と、半田接合材３中の第１の熱硬化性樹脂３ａを熱硬化させることにより形成され半田接合部７＊を補強する第１の樹脂補強部３ａ＊と、接着剤４を構成する第２の熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより形成され電子部品６の外縁部６ａと基板１に設定された補強点とを固着する第２の樹脂補強部４＊とを備えた構成となっている。
ここで、半田接合部７＊を周囲から補強する第１の樹脂補強部３ａ＊のうち、樹脂補強部４＊と近接する位置にある部位Ａ（波線枠で示す）は、後から塗布された接着剤４と接触して部分的に混合しており、この部位Ａにおいて第２の樹脂補強部４＊と第１の樹脂補強部３ａ＊とは連続した形態となっている。
上記電子部品実装構造においては、前述のように半田接合材３を構成する第１の熱硬化性樹脂３ａおよび接着剤４を構成する第２の熱硬化性樹脂の２種類の樹脂の成分組成において、２種類の樹脂に含まれる主剤および硬化剤は、共通の成分をそれぞれ５０％以上含む組成となっていることから、部位Ａにおいて第２の樹脂補強部４＊と第１の樹脂補強部３ａ＊は相互に熱硬化を阻害することなく、それぞれに予め配合されていた成分がほぼ均一に固溶された状態で熱硬化する。これにより、電子部品６の外縁部６ａと基板１に設定された補強点１ｂとを固着する第２の樹脂補強部４＊による補強効果が阻害されることがない。したがってバンプと電極との半田接合においてフラックス入りのクリーム半田を使用する従来後術における問題点、すなわちフラックスが熱硬化性樹脂と混合することによ
って熱硬化反応が阻害されることに起因する補強効果の低下を防止することができる。
なお上記実施例においては、バンプ付の電子部品６として半田を材質するバンプ７が形成された例を示したが、本発明におけるバンプバンプの材質は半田に限定されるものではなく、金（Ｐｕ）などの半田以外の金属のバンプが形成されたバンプ付の電子部品にも本発明を適用することができる。すなわち、上述構成の半田接合材３および接着剤４を用いて、金属のバンプ７Ａが形成された電子部品６Ａを基板１に実装する電子部品実装においては、図４に示すような電子部品実装構造が形成される。
この例においては、半田接合材３中の半田粒子３ｂを溶融固化させることにより、バンプ７Ａを基板１に形成された電極２に半田接合する半田接合部３ｂ＊が形成される。そして第１の熱硬化性樹脂３ａを熱硬化させることにより、半田接合部３ｂ＊を補強する第１の樹脂補強部３ａ＊が形成され、同様に第２の熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより電子部品６Ａの外縁部６ａと基板１に設定された補強点とを固着する第２の樹脂補強部４＊とが形成される。
この例においても、図３に示す例と同様に、部位Ａにおいて第２の樹脂補強部４＊と第１の樹脂補強部３ａ＊は相互に熱硬化を阻害することなく、それぞれに予め配合されていた成分がほぼ均一に固溶された状態で熱硬化する。これにより、電子部品６の外縁部６ａと基板１に設定された補強点とを固着する第２の樹脂補強部４＊による補強効果が阻害されることがない。
本発明の電子部品実装方法および電子部品実装構造は、下面にバンプが設けられた電子部品を対象として接合強度を確保することができるという効果を有し、ＢＧＡなどのバンプ付の電子部品を表面実装する分野に有用である。
１ 基板
２ 電極
３ 半田接合材
３ａ 第１の熱硬化性樹脂
３ｂ 半田粒子
４ 接着剤
６，６Ａ 電子部品
６ａ 外縁部
７，７Ａ バンプ

Claims (2)

  1. 下面にバンプが設けられた電子部品を基板に実装する電子部品実装方法であって、
    前記基板に形成された電極に半田粒子を第１の熱硬化性樹脂に含有させた半田接合材を供給する接合材供給工程と、前記基板において前記電子部品の外縁部に対応する位置に設定された複数の補強点に半田粒子を含まない第２の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、前記半田接合材が供給され前記接着剤が塗布された前記基板に前記電子部品を搭載して、前記バンプを前記半田接合材を介して前記電極に着地させるとともに、前記電子部品の外縁部を前記接着剤に接触させる部品搭載工程と、
    部品搭載工程後の前記基板を加熱することにより、前記半田粒子を溶融固化させて前記バンプを前記電極に半田接合する半田接合部を形成するとともに、前記第１の熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記半田接合部を補強する第１の樹脂補強部を形成し、さらに前記第２の熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記電子部品の外縁部と前記基板の補強点とを固着する第２の樹脂補強部を形成する加熱接合工程とを含み、
    前記第１の熱硬化性樹脂および第２の熱硬化性樹脂の２種類の樹脂の成分組成は異なるものであり、前記２種類の樹脂に含まれる主剤および硬化剤は、共通の成分をそれぞれ５０％以上含むことを特徴とする電子部品実装方法。
  2. 半田粒子を第１の熱硬化性樹脂に含有させた半田接合材および半田粒子を含まない第２の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を用いることにより、下面にバンプが設けられた電子部品を基板に実装してなる電子部品実装構造であって、
    前記半田粒子を溶融固化させることにより形成され前記バンプを前記基板に形成された電極に半田接合する半田接合部と、前記第１の熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより形成され前記半田接合部を補強する第１の樹脂補強部と、前記第２の熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより形成され前記電子部品の外縁部と前記基板に設定された補強点とを固着する第２の樹脂補強部とを備え、前記第１の熱硬化性樹脂および第２の熱硬化性樹脂の２種類の樹脂の成分組成は異なるものであり、前記２種類の樹脂に含まれる主剤および硬化剤は、共通の成分をそれぞれ５０％以上含むことを特徴とする電子部品実装構造。
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