JP5651430B2

JP5651430B2 - 電子部品の実装方法

Info

Publication number: JP5651430B2
Application number: JP2010244019A
Authority: JP
Inventors: 亮兄鈴木
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: JP2012099559A

Description

本発明は、電子部品の実装方法、および電子部品の実装構造に関し、詳しくは、電子部品を実装するダイパッドと電子部品とを、確実に、かつ容易に接合する技術に関する。

従来、電子部品、例えば半導体チップを、回路基板のダイパッドに接合する際には、例えば、図５に示す工程を経て接合していた。即ち、
（１）スクリーン印刷等を用いて、ダイパッド１の一面側１ａにおける、半導体チップ２が接合される接合領域Ｅ１の中央部分にハンダＨを塗布する（図５（ａ））。
（２）接合領域Ｅ１の中央部分に塗布されたハンダＨに重ねて、半導体チップ２を載置する。これにより、半導体チップ２の接合面がダイパッドの一面１ａとほぼ平行になるように半導体チップ２が配置される（図５（ｂ））。
（３）リフローによってハンダＨを溶融してダイパッド１の接合領域Ｅ１全体に広げ、半導体チップ２とダイパッド１とをハンダＨを介して接合させる（図５（ｃ））。

しかしながら、上述した方法では、ダイパッドに塗布されたハンダＨに重ねて半導体チップ２を載置した際に、ハンダＨと半導体チップ２との間に、空気Ｇが挟まれる（図１（ｂ））。この状態でリフローによってハンダＨを溶融して接合領域Ｅ１全体に広げると、半導体チップ２の接合面とハンダＨとの間に多量の空気Ｇを巻き込んでしまい、ハンダが固化した後にこの空気Ｇがボイド（気泡）として残る（図１（ｃ））。こうした接合面におけるボイド（気泡）の存在は、半導体チップ２とダイパッド１との接合強度の不足や、導電性の低下などの原因となる。

こうした、半導体チップを回路基板のダイパッドに接合する際の空気の巻き込みを抑制するために、例えば、特許文献１に記載された発明では、基板の接合領域にパッドとダミーパッドとを隣接して配置し、ハンダのリフロー時に、ハンダを不均一に溶解させる（溶融速度に差をつける）ことによって実装部品を傾斜させ、巻き込まれた空気を一端側から放出しつつ接合させる構成が開示されている。
また、例えば、特許文献２に記載された発明では、ハンダ接合部の中央部分から外気に連通するように流路（スリット）を形成することによって、ハンダの塗布時に巻き込んだ空気等の気体を、この流路を介して外部に放出する構成が開示されている。

特願２０１０−０５６１８１号公報特開２００８−３１１４１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明では、基板の接合領域に、ハンダの溶融速度を不均一にするために、互いに異なる形状ないし異なる材質のパッドとダミーパッドとを形成する必要があり、接合構造が複雑になり、かつ製造工程が増加するという課題があった。
一方、特許文献２に開示された発明では、基板の接合面を加工する必要があり、形状が複雑になり、接合面全体が導電性材料で形成されるダイパッドに対してこうした構成を適用することは困難であるという課題があった。

本発明にかかるいくつかの態様は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回路基板のダイパッドに対して、電子部品を隙間なく確実に、かつ容易に実装することが可能な電子部品の実装方法、および電子部品の実装構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような電子部品の実装方法を提供した。
すなわち、本発明の電子部品の実装方法は、電子部品を実装するダイパッドの一面と電子部品の接合面とを、ハンダを用いて接合する電子部品の実装方法であって、
前記ダイパッドの一面のうち、前記電子部品の接合面と接合される接合領域の周縁を含む一部分に、非対称にハンダを配置するハンダ配置工程と、前記電子部品の接合面の一部分だけが前記ハンダと接するように、前記ダイパッドの一面に対して前記接合面を傾斜させて前記電子部品を載置する電子部品載置工程と、前記はんだを溶融し、前記接合領域全体に前記はんだを広げる溶融工程と、を少なくとも備えたこと特徴とする。

前記ハンダ配置工程において、前記ハンダは、前記ダイパッドの一面における前記接合領域の周縁よりも外側まで覆うように配置されていればよい。
前記電子部品載置工程において、前記電子部品は、前記ハンダと接する領域からその外側の領域に向かって前記ダイパッドの一面に接近するように傾斜して載置されればよい。

前記電子部品載置工程において、前記電子部品は、前記接合面の一端が前記ダイパッドの一面に接するように傾斜して載置されればよい。
前記溶融工程において、前記ハンダは前記ダイパッドの一面との接触面において均一に溶融させればよい。

本発明の電子部品の実装方法、および電子部品の実装構造によれば、電子部品の接合面と接合される接合領域の周縁を含む一部分に、非対称にハンダを配置させることによって、溶融したハンダがハンダを配置した配置から接合領域の周縁に向けて流れる。この時、電子部品の接合面とハンダとの隙間にあった気泡（空気層）は、溶融したハンダが接合領域の周縁に向けて流される際に、接合領域の周縁から外部に押し出される。これにより、電子部品とダイパッドとを接合するハンダは、巻き込まれた気泡が溶融時に外部に排出されるので、気泡による導通不良や接合強度の不足といった不具合が生じることなく、強固に、かつ導電性を良好に保った状態で電子部品をダイパッドに接合させることが可能になる。

電子部品の実装方法の一実施形態を段階的に示した説明図である。電子部品の実装方法の一実施形態を段階的に示した説明図である。ハンダ（ハンダチップ）の載置例を示す平面図である。溝部の形成例を示す平面図、断面図である。従来の電子部品の実装方法を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電子部品の実装方法、および電子部品の実装構造の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１、図２は、本発明の電子部品の実装方法の一実施形態を段階的に示した説明図である。なお、各図の（ａ）、（ｂ）における上部には、電子部品の実装構造を上から見た時の図が示され、下部には、そのＡ−Ａ線に沿った断面図が示される。
本発明の電子部品の実装方法によって、回路基板１０に形成された、電子部品を載置（実装）するためのダイパッド１１に対して、電子部品、例えば半導体チップ（集積回路）２１を実装する際には、図１（ａ）に示すように、まず、ダイパッド１１の一面側１１ａにハンダチップ（ハンダ）１３を載置する（ハンダ配置工程）。ハンダチップ１３は、例えば、断面楕円形の円盤状に形成されたハンダの小片であればよい。なお、ダイパッド１１は、半導体チップ２１を載置して、半導体チップ２１の端子と、回路基板１０に形成された配線（図示略）とを電気的に接続する、回路基板１０上に形成された領域である。

こうしたハンダチップ１３は、例えば、ダイパッド１１の一面１１ａのうち、半導体チップ（電子部品）２１の接合面２１ａ（図１（ｂ）参照）と接合される接合領域Ｅ２の周縁を含む一部分に、非対称に配置される。例えば、ハンダチップ１３は、ダイパッド１１の一面１１ａにおける接合領域Ｅ２の周縁よりも外側まで覆うように、即ち、接合領域Ｅ２の周縁を跨いで外側にはみ出るように配置すればよい。本実施形態では、ハンダチップ１３は、接合領域Ｅ２の四隅のうちのいずれかの角部分に配置される。
なお、ダイパッド１１が半導体チップ２１の接合面２１ａと接合される接合領域Ｅ２は、その全体が導電性材料、例えばＣｕ、Ａｌなどから形成されていればよい。

また、ダイパッド１１の一面１１ａのうち、半導体チップ（電子部品）２１の接合面２１ａと接合される接合領域Ｅ２には、溝部２２が形成されている。この溝部２２は、ダイパッド１１の一面１１ａのうち、ハンダチップ１３が配置されるハンダ配置領域Ｅ３から、接合領域Ｅ２全体に広がるように延びる。溝部２２は、複数本形成されていれば良く、例えば、ダイパッド１１の一面１１ａに彫り込まれた細長い溝であれば良い。
こうした溝部２２は、ハンダチップ１３を溶融した際に、溶融されたハンダが接合領域Ｅ２全体に広がりやすくする。

次に、図１（ｂ）に示すように、半導体チップ２１の接合面２１ａの一部分だけがハンダチップ１３と接するように、ダイパッド１１の一面１１ａに対して、半導体チップ２１の接合面２１ａを傾斜させるように、半導体チップ２１をダイパッド１１に載置する（電子部品載置工程）。これによって、半導体チップ２１は、例えば、四隅のうちのいずれかの角部分がハンダチップ１３に乗り上げるように傾斜する。同時に、半導体チップ２１は、ハンダチップ１３に接している部分以外の一端（端部）が、ダイパッド１１の一面１１ａに接するように傾斜する。半導体チップ２１は、例えば、ダイパッド１１の一面１１ａに対して、２°〜３０°の角度θとなるように載置されればよい。

なお、こうした半導体チップ２１を載置する際には、図１（ｂ）に示すように、半導体チップ２１の一端（端部）がダイパッド１１の一面１１ａに接するように傾斜させなくても、例えば、ハンダチップ１３と接する部分（領域）から、その外側の領域に向かってダイパッド１１の一面１１ａに向けて接近するように傾斜させるだけであってもよい。

このように、半導体チップ２１のいずれかの角部分がハンダチップ１３に乗り上げるように載置しただけの状態では、半導体チップ２１の接合面２１ａとハンダチップ１３との間は密着することが無いので、隙間による気泡（空気層）Ｇが形成される。

以上のように、ダイパッド１１の一面１１ａにハンダチップ（ハンダ）１３を配置し、更に半導体チップ（電子部品）２１を傾斜させて載置したら、加熱によってハンダチップ１３を溶融させる（溶融工程）。この溶融工程では、例えば、ヒーターなどの加熱装置を用いて、ハンダチップ１３を１８０〜３００℃程度に加熱して、ハンダチップ１３を溶融させて液体にする。

図２（ａ）に示すように、溶融したハンダ１４は、ダイパッド１１の一面１１ａと半導体チップ２１の接合面２１ａとの間に生ずる張力によって、ダイパッド１１の一面１１ａと半導体チップ２１との隙間全体、即ち接合領域Ｅ２全体に広がる。この時、ダイパッド１１の一面１１ａのうち、ハンダ配置領域Ｅ３から接合領域Ｅ２全体に広がる溝部２２によって、溶融したハンダ１４は容易に接合領域Ｅ２全体に展開することができる。

こうした溶融工程において、ハンダチップ（ハンダ）１３は、ダイパッド１１の一面１１ａとの接触面、即ちハンダ配置領域Ｅ３において、均一に溶融させることが好ましい。これによって、ハンダチップ１３を接合領域Ｅ２全体に均一に広げることができる。このため、ハンダチップ１３を溶融させる加熱装置としては、面状の領域を均一に加熱できる加熱装置を用いることが好ましい。

半導体チップ２１は、前述した電子部品載置工程において、半導体チップ２１はダイパッド１１の一面１１ａに対して傾斜して配置されているので、ハンダチップ１３が溶融すると、半導体チップ２１は溶融したハンダ１４に対して水平に浮いた状態になろうとするため、ハンダ配置領域Ｅ３から接合領域Ｅ２の周縁に向けて流れる。この時、半導体チップ２１の接合面２１ａとハンダチップ１３との隙間にあった気泡（空気層）Ｇは、溶融したハンダが接合領域Ｅ２の周縁に向けて流れると同時に、一緒に接合領域Ｅ２の周縁に向けて移動する。そして、接合領域Ｅ２の周縁から外部に押し出される。

このような作用によって、半導体チップ２１をダイパッド１１に載置した際に生じた隙間による気泡Ｇは、溶融したハンダ１４の流れによってハンダ１４内から除去される。そして、図２（ｂ）に示すように、ハンダ１４が固化すると、半導体チップ２１は、ハンダ１４を介してダイパッド１１の一面１１ａに導通可能に接合される。ハンダ（ハンダ層）１４は、前述した溶融工程において、気泡Ｇが外部に排出されているので、気泡による導通不良や接合強度の不足といった不具合が生じることなく、強固に、かつ導電性を良好に保った状態で半導体チップ２１がダイパッド１１に接合される。

なお、図２（ｂ）に示す本発明の電子部品の実装構造では、ダイパッド１１の一面１１ａのうち、半導体チップ２１（電子部品）の接合面２１ａと接合される接合領域Ｅ２の周縁よりも外側に、ハンダ１４を含む合金層の薄膜が形成される。即ち、ハンダチップ１３が溶融すると、溶融したハンダ１４は張力によって半導体チップ２１とダイパッド１１とが対面している領域、即ち接合領域Ｅ２内に凝集され、ハンダ配置領域Ｅ３のうち、接合領域Ｅ２と重なる部分よりも外側（図４（ｂ）における領域Ｍ）からは除去される。

しかしながら、この領域Ｍにおいては、ハンダチップ１３が溶融された時点で、ダイパッド１１の一面１１ａを成す金属層、例えばＣｕ、Ａｌとの合金が生じる。このため、その後に溶融したハンダ１４が接合領域Ｅ２の内側に凝集して引き込まれても、接合領域Ｅ２の外側のこの領域Ｍには、ハンダ１４と、ダイパッド１１の金属層との合金層１６、例えば、ハンダ−Ｃｕ合金、ハンダ−Ａｌ合金などの合金層１６が残される。

以上のように、本発明の電子部品の実装方法、および電子部品の実装構造によれば、半導体チップ（電子部品）２１をダイパッド１１の一面１１ａに対して傾斜して配置させることによって、溶融させたハンダはハンダ配置領域Ｅ３から接合領域Ｅ２の周縁に向けて流れる。この時、半導体チップ２１の接合面２１ａとハンダチップ１３との隙間にあった気泡（空気層）Ｇは、溶融したハンダが接合領域Ｅ２の周縁に向けて流される際に、接合領域Ｅ２の周縁から外部に押し出される。これにより、半導体チップ２１とダイパッド１１とを接合するハンダ１４は、気泡Ｇが外部に排出されているので、気泡による導通不良や接合強度の不足といった不具合が生じることなく、強固に、かつ導電性を良好に保った状態で半導体チップ２１がダイパッド１１に接合させることが可能になる。

図３は、ダイパッドにハンダ（ハンダチップ）を載置するバリエーション（他の実施形態）を示す平面図である。
図３（ａ）に示す実施形態では、ダイパッド２１の一面２１ａの接合領域Ｅ２内に、半導体チップ（電子部品）の平面形状と相似した形状、例えば、半導体チップが平面四角形である時に、ハンダチップ（ハンダ）２２をそれよりも小さい四角形に形成し、接合領域Ｅ２の四隅のうち、一方の角部に配置した。これによって、溶融工程でハンダチップ２２を溶融させた際に、半導体チップの形状に倣って、溶融したハンダを均一に広がりやすくすることができる。

図３（ｂ）に示す実施形態では、ダイパッド３１の一面３１ａの接合領域Ｅ２の四隅のうち、一方の角部に平面形状が三角形のハンダチップ（ハンダ）３２を配置したものである。こうしたハンダチップ３２の形状であっても、接合領域Ｅ２の全体に溶融したハンダを均一に広がりやすくすることができる。

図３（ｃ）に示す実施形態では、ダイパッド４１の一面４１ａの接合領域Ｅ２の四隅のうち、互いに隣接する２つの角部に平面形状が円形のハンダチップ（ハンダ）４２ａ，４２ｂを配置したものである。このように、複数個のハンダチップ４２ａ，４２ｂを配置することで、より一層、接合領域Ｅ２の全体に溶融したハンダを均一に広がりやすくすることができる。

図４は、ダイパッドの一面に形成される溝部のバリエーション（他の実施形態）を示す平面図、断面図である。
図４（ａ）に示す実施形態では、ダイパッド５１の一面５１ａに載置されるハンダチップのハンダ配置領域Ｅ３から、接合領域Ｅ２全体に広がるように延び、更に、接合領域Ｅ２よりも外側まで延長した複数の溝部５３を形成した例である。これによって、溶融したハンダを接合領域Ｅ２の周縁まで確実に広げることができる。

図４（ｂ）に示す実施形態では、ダイパッド６１の一面６１ａに載置されるハンダチップのハンダ配置領域Ｅ３から、接合領域Ｅ２全体に広がるように延びる複数の溝部６３を形成した例である。そして、それぞれの溝部６３は、ハンダ配置領域Ｅ３から接合領域Ｅ２の周縁に向かうにつれて、溝の幅が漸増するように（周縁に行くほど幅が広がるように）形成されている。溝部６３をこうした形状に形成することによって、溶融したハンダをハンダ配置領域Ｅ３から接合領域Ｅ２の周縁に向けて容易に広げることができる。

図４（ｃ）に示す実施形態では、ダイパッド７１の一面７１ａに載置されるハンダチップのハンダ配置領域Ｅ３から、接合領域Ｅ２全体に枝分かれして樹状に広がる溝部７３を形成した例である。溝部７３をこうした樹状に形成することによって、溶融したハンダを接合領域Ｅ２全体にムラ無く均一に広げることができる。

図４（ｄ）に示す実施形態では、ダイパッド８１の一面８１ａに載置されるハンダチップのハンダ配置領域Ｅ３から、接合領域Ｅ２の周縁に向かうにつれて、溝の深さＤが漸増するような溝部８３を形成したものである。溝部７３の深さを周縁に向かうにつれて徐々に深くすることによって、溶融したハンダをハンダ配置領域Ｅ３から接合領域Ｅ２の周縁に向けて容易に広げることができる。

なお、これまで説明したダイパッドにハンダ（ハンダチップ）を載置するバリエーションや、ダイパッドの一面に形成される溝部のバリエーションは、適宜組み合わせて構成することができる。

１０…回路基板、１１…ダイパッド、１３…ハンダチップ（ハンダ）、２１…半導体チップ（電子部品）、２２…溝部、Ｅ２…接合領域。

Claims

電子部品を実装するダイパッドの一面と電子部品の接合面とを、ハンダを用いて接合する電子部品の実装方法であって、
前記ダイパッドの一面のうち、前記電子部品の接合面と接合される接合領域の周縁を含む一部分に、非対称にハンダを配置するハンダ配置工程と、
前記電子部品の接合面の一部分だけが前記ハンダと接するように、前記ダイパッドの一面に対して前記接合面を傾斜させて前記電子部品を載置する電子部品載置工程と、
前記はんだを溶融し、前記接合領域全体に前記はんだを広げる溶融工程と、
を少なくとも備えたこと特徴とする電子部品の実装方法。
前記ハンダ配置工程において、前記ハンダは、前記ダイパッドの一面における前記接合領域の周縁よりも外側まで覆うように配置され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。
前記電子部品載置工程において、前記電子部品は、前記ハンダと接する領域からその外側の領域に向かって前記ダイパッドの一面に接近するように傾斜して載置することを特徴とする請求項１または２記載の電子部品の実装方法。
前記電子部品載置工程において、前記電子部品は、前記接合面の一端が前記ダイパッドの一面に接するように傾斜して載置することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の電子部品の実装方法。
前記溶融工程において、前記ハンダは前記ダイパッドの一面との接触面において均一に溶融させることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の電子部品の実装方法。