JP5884088B2 - 電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品実装方法に関し、より詳しくは、複数の電子部品を基板上に積層して実装する、パッケージ・オン・パッケージによる電子部品実装方法に関する。

電子機器には、様々な電子部品（パッケージ）が組み込まれており、特に高密度実装が要求される携帯電話や携帯音楽プレーヤなどのモバイル機器では、複数のサブパッケージを基板上に積層して実装する３次元実装が必須の技術となっている。３次元実装によれば、例えばアプリケーションプロセッサとメモリとを縦に積む構造を容易に実現できる。これにより、プリント基板スペースを節約でき、信号パスも短くなるために、性能の向上と、消費電力の削減とを見込める。３次元実装の中でも、パッケージ・オン・パッケージ（特許文献１参照。以下、ＰｏＰ）は、他の３次元実装、例えばシリコン貫通電極（through-silicon via：ＴＳＶ）と比べて、簡易であり、歩留まりの向上も容易であることから、製造コストの低減の観点で有利である。

現在、ＰｏＰに使用されるパッケージは、一部の特殊な例を除いて、ほとんどがＢＧＡ（Ball grid array）パッケージである。ＢＧＡパッケージ等の表面実装部品（ＳＭＤ：Surface mount Device）の実装プロセスでは、一般に、スクリーン印刷機によって、基板上に一括ではんだペースト印刷が行われ、その基板がチップマウンタに搬入される。チップマウンタでは、基板に印刷されたはんだペースト上にＳＭＤを装着していく。はんだペーストは、はんだ粒子とフラックスの混合物であるから、この基板がリフロー炉を通過する間にＳＭＤの電極と基板の電極とがはんだ接合される。チップマウンタ内部では、ＳＭＤは搭載ヘッドにより供給系から吸着され、姿勢認識を経て、印刷はんだ上へ装着される。

上記のようなＳＭＤ実装プロセスにより得られた基板と複数の電子部品とからなる実装構造体に対して、ヒートサイクルによる熱応力や外力を加えると、バンプにより基板に接合されている電子部品では、はんだ接合部の強度が不足する場合がある。そこで、熱硬化性樹脂を含む補強材により、電子部品を基板に接着して、はんだ接合部を補強することが行われている。

補強材により、はんだ接合部を補強する方法としては、電子部品の複数のバンプが設けられた主面と基板との隙間の全体にアンダーフィル材を侵入させる方法がある。あるいは、電子部品を基板に搭載する前に、予め電子部品の周縁部に対応する基板の位置だけに、補強材を供給する方法が提案されている（特許文献２および３参照）。

特開２０１２−２３５１７０号公報 特開２００８−３００５３８号公報 特開２０１０−２７２５５７号公報

上記従来の実装構造体の補強方法のうち、アンダーフィル材による方法は、リフロー工程により複数の電子部品と基板との相互接続を行った後に、電子部品と基板との隙間、および複数の電子部品相互の隙間にアンダーフィル材を注入する必要がある（図１２参照）。そのため、アンダーフィル材を熱硬化させるための加熱工程がリフロー時の加熱工程とは別に必要となり、実装工程の工数が多くなる。また、アンダーフィル材の付着面積が大きいために、実装構造体をリペアする際に不便である。さらに、アンダーフィル材によって補強されたはんだ接合部を有する基板を再リフローする際には、アンダーフィル材の隙間で、はんだフラッシュが発生しやすくなる。

一方、電子部品の周縁部に対応する基板の位置だけに、補強材を供給する方法（以下、周縁部補強という）では、リフロー時に、はんだ接合と同時に補強材を熱硬化させることが可能である（特許文献２および３参照）。これにより、加熱工程の数を削減することができる。さらに、実装構造体のリペアが容易となる点や、再リフロー時にはんだフラッシュが発生しにくいという点でも優れている。

ところが、周縁部補強によりＰｏＰを補強しようとする場合には、トップパッケージについては、ボトムパッケージを基板に搭載してから、その周縁部の上側の面に補強材を再度供給する必要がある（図１３参照）。このため、少なくとも２回の補強材の供給工程を実行する必要があり、結果として、電子部品実装構造体の製造工程の工数を低減することは困難となる。

そこで、本発明は、接続信頼性が高い電子部品実装構造体の製造工程の工数を効果的に低減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。

本発明は、一方の主面に複数のランド電極が設けられた基板に、
第１主面に前記複数のランド電極とそれぞれ対応する複数の第１バンプを有し、前記第１主面と対向する第２主面に複数の部品電極を有する、第１電子部品を搭載するとともに、
前記第１電子部品の前記第２主面に、前記複数の部品電極とそれぞれ対応する複数の第２バンプを有する、第２電子部品を搭載する、電子部品実装方法であって、
（i）前記複数のランド電極にクリームはんだを供給する工程と、
（ii）前記複数の第１バンプと、前記クリームはんだが供給された複数のランド電極とを対向させて、前記第１電子部品を前記基板に搭載する工程と、
（iii）前記基板の、前記第１電子部品の周縁部と対応する領域の少なくとも一部に、熱硬化性樹脂を含む補強材を、前記第１電子部品の前記第１主面および前記第２主面と接触するとともに、前記第２電子部品の周縁部にも接触する高さで供給する工程と、
（iv）前記複数の第２バンプと、前記複数の部品電極とを対向させて、前記第２電子部品を前記第１電子部品の前記第２主面に搭載するとともに、前記補強材を前記第２電子部品の前記周縁部に接触させる工程と、
（v）前記基板と、前記基板に搭載された前記第１電子部品と、前記第１電子部品の前記第２主面に搭載された前記第２電子部品とを、一括して加熱し、前記クリームはんだ、並びに前記複数の第１バンプおよび前記複数の第２バンプを溶融させるとともに、前記熱硬化性樹脂の硬化を進行させる工程と、を具備する、電子部品実装方法を提供する。

本発明によれば、１回の加熱工程で、基板と、第１電子部品および第２電子部品とのはんだ接合が完了するとともに、補強材に含まれた熱硬化性樹脂の硬化工程も完了する。さらには、補強材の供給工程も１回だけで完了するために、リペア性や接続信頼性に優れた電子部品実装構造体の製造工程の工数を効果的に削減することができる。

第１電子部品の一例の正面図である。 同電子部品の底面図である。 第２電子部品の一例の正面図である。 本発明の一実施形態に係る第１電子部品および第２電子部品を基板に搭載する電子部品実装方法の初期工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る第１電子部品および第２電子部品を基板に搭載する電子部品実装方法の中期工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る第１電子部品および第２電子部品を基板に搭載する電子部品実装方法の後期工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る電子部品実装システムの全体像を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電子部品搭載装置を上方から見た構成図である。 転写ユニットの上面図である。 転写ユニットのＸ−Ｘ線断面図である。 第１電子部品および第２電子部品を基板に搭載する手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る電子部品搭載装置の制御系統図である。 ４箇所の補強位置に補強材が塗布された矩形の第１電子部品の平面図である。 同電子部品の底面図である。 補強材の塗布パターンを例示する図である。 従来の第１電子部品および第２電子部品を基板に搭載する電子部品実装方法の一例の工程を示す説明図である。 従来の第１電子部品および第２電子部品を基板に搭載する電子部品実装方法の他の一例の工程を示す説明図である。

本発明は、一方の主面に複数のランド電極が設けられた基板に、第１主面に複数のランド電極とそれぞれ対応する複数の第１バンプを有し、第１主面と対向する第２主面に複数の部品電極を有する、第１電子部品を搭載するとともに、第１電子部品の第２主面に、複数の部品電極とそれぞれ対応する複数の第２バンプを有する、第２電子部品を搭載する、電子部品実装方法に関する。

第１電子部品（ボトムパッケージ）および第２電子部品（トップパッケージ）には、それぞれインタポーザ（サブストレート）を含ませることができる。以下、第１電子部品が第１サブストレートを含み、第２電子部品が第２サブストレートを含む場合を例に本発明を説明する。この場合には、第１主面は、第１サブストレートの下面（基板との対向面）であり、第２主面は、第１サブストレートの上面である。またこの場合には、第１バンプは第１サブストレートの下面に設けられ、第２バンプは、第２サブストレートの下面に設けられる。なお、基板に積層される電子部品は２つに限られず、３つ以上の電子部品を積層して基板に搭載してもよい。

本発明の方法は、（i）複数のランド電極にクリームはんだを供給する工程と、（ii）複数の第１バンプと、クリームはんだが供給された複数のランド電極とを対向させて、第１電子部品を基板に搭載する工程と、（iii）基板の、第１電子部品の周縁部と対応する領域の少なくとも一部（以下、補強位置という）に、熱硬化性樹脂を含む補強材を供給する工程とを含む。この工程（iii）では、補強材は、第１電子部品の第１主面および第２主面と接触するとともに、第２電子部品の周縁部にも接触する高さで基板上に供給される。

さらに、本発明の方法は、（iv）複数の第２バンプと、複数の部品電極とを対向させて、第２電子部品を第１電子部品の第２主面に搭載する工程を含む。この工程（iv）においては、補強材が第２電子部品の周縁部と接触される。さらに、本発明の方法は、（v）基板と、基板に搭載された第１電子部品と、第１電子部品の第２主面に搭載された第２電子部品とを、一括して加熱し、クリームはんだ（より具体的には、クリームはんだ中のはんだ粒子）、並びに複数の第１バンプおよび複数の第２バンプを溶融させるとともに、熱硬化性樹脂の硬化を進行させる工程を含む。

以上のように、本発明の電子部品実装方法においては、第１電子部品および第２電子部品が、基板上に積層して実装される。そして、第１電子部品および第２電子部品と基板とのはんだ接合部を補強する、熱硬化性樹脂を含む補強材は、代表的には、第１電子部品を基板に搭載した後、かつ第２電子部品を第１電子部品の第２主面に搭載する前に、補強位置に供給される。このとき、補強位置に供給された補強材が、第１電子部品の周縁部と接触し、かつ、第１電子部品の高さを上回って、第２電子部品の周縁部にも接触する高さで供給される。これにより、基板と第１電子部品との間のはんだ接合部を補強する補強材と、第１電子部品と第２電子部品との間のはんだ接合部を補強する補強材の両方の供給工程を同時に実行することができる。その結果、工数の削減が図れる。

さらには、それらの補強材に含まれた熱硬化性樹脂を熱硬化させるための加熱工程と、上記の全てのはんだ接合部を形成するための加熱工程とを同時に実行することもできるために、さらに工数を削減することが容易となる。

これに対して、従来の電子部品実装方法では、例えば図１２に示すように、（ａ）第１電子部品４１０および第２電子部品４２０を基板４３０上に搭載し、（ｂ）それらをリフローすることで基板４３０に第１電子部品４１０および第２電子部品４２０を固定し、その後、（ｃ）アンダーフィル材４４０を第１電子部品４１０と基板４３０との間、並びに、第２電子部品４２０と第１電子部品４１０との間に供給し、その後、（ｄ）アンダーフィル材４４０を加熱して硬化させることで樹脂補強部４４０Ａを形成している。この従来の方法においては、２回の加熱工程（ｂ）および（ｄ）が実行されるために、電子部品実装構造体の製造のプロセスタイムの短縮が困難となる。

また、他の従来の電子部品実装方法では、例えば図１３に示すように、（ａ）基板４３０上の、第１電子部品４１０の周縁部と対応する領域の所定位置に予め補強材４５０を供給し、その後、（ｂ）第１電子部品４１０を基板４３０上に搭載し、その後、（ｃ）補強材４５０をさらに第１電子部品４１０の上面に供給するとともに、第２電子部品４２０を第１電子部品４１０の上面に搭載し、その後、（ｄ）全体を一括してリフローすることで、第１電子部品４１０および第２電子部品４２０を基板４３０にはんだ接合するとともに、樹脂補強部４５０Ａを形成している。この方法では、加熱工程は１回だけで済むが、補強材の供給工程を２回実行する必要があり、その分だけ、電子部品実装構造体の製造のプロセスタイムを短縮することが困難となる。

本発明では、工程（ii）の後に工程（iii）を行うことが好ましい。すなわち、補強材を、第１電子部品を基板上に搭載する前にではなく、第１電子部品を基板上に搭載した後に、所定の補強位置に供給することで、補強材の粘度を特に大きくすることなく、第１電子部品の周縁部だけではなく、第２電子部品の周縁部とも接触すべき高さにまで、補強材を基板上に供給することが容易となる。その結果、補強材の供給工程を迅速に行うことが可能となる。さらに、補強材の供給工程も１回だけで済むので、電子部品実装構造体の製造のプロセスタイムの短縮がさらに容易となる。そして、第２電子部品を第１電子部品の上に搭載する前に補強材を補強位置に供給することで、第１電子部品の横方向の動きを拘束することができ、位置合わせが容易となる。ただし、工程（iii）の後に工程（ii）を実行することもできる。

ここで、第１電子部品の第２主面にある電極には、スクリーン印刷によりクリームはんだを供給することはできないために、第２電子部品を第１電子部品に搭載する前に、複数の第２バンプに転写材料を供給することで、スムーズに電子部品実装構造体を製造することができる。ここで、転写材料はフラックスやはんだペースト、もしくはクリームはんだである。

なお、工程（iii）と工程（iv）との前後関係について言えば、工程（iii）は工程（iv）の後に実行することも考えられる。しかしながら、この場合には、上述した通り、第２電子部品を第１電子部品の上に搭載するときに、第１電子部品の横方向の動きを補強材により拘束することができなくなる。したがって、位置合わせを容易とするためには、工程（iii）は工程（iv）の前に実行するのが好ましい。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。まず、基板に搭載される電子部品の構造について説明する。
図１Ａは、第１電子部品２００の一例の正面図であり、図１Ｂはその底面図である。第１電子部品２００は、複数のバンプ（第１バンプ）で基板１０１（図３参照）の電極（ランド電極）に接続されるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型の電子部品である。第１電子部品２００は、薄い基板（第１サブストレート）２０１と、その上面に実装された半導体素子２０２と、半導体素子２０２を被覆する封止樹脂２０３とを具備する。第１サブストレート２０１の下面は、第１電子部品の第１主面２００ｓを構成しており、第１サブストレート２０１の上面は、第１電子部品の第２主面２００ｔを構成している。第１主面２００ｓには複数の端子が規則的に行列状に配列され、各々の端子にはバンプ（第１バンプ）２０４が設けられている。一方、第２主面２００ｔには、半導体素子２０２の実装領域を除いて、複数の中継端子（部品電極）２０５が規則的に行列状に配列されている。

図２は、第２電子部品２１０の一例の正面図である。第２電子部品２１０の底面図は省略する。第２電子部品２１０もまた、複数のバンプ（第２バンプ）で他の基板（第１電子部品２００の第１サブストレート２０１）の電極（中継端子２０５）に接続されるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型の電子部品である。第２電子部品２１０は、薄い基板（第２サブストレート）２１１と、その上面に実装された半導体素子２１２と、半導体素子２１２を被覆する封止樹脂２１３とを具備する。第２サブストレート２１１の下面は、第２電子部品の一方の主面２１０ｓを構成している。主面２１０ｓには複数の端子が規則的に行列状に配列され、各々の端子にはバンプ（第２バンプ）２１４が設けられている。

第２電子部品２１０の第２サブストレート２１１のサイズ（幅および奥行き）は、第１電子部品２００の第１サブストレート２０１とほぼ同じサイズであるのが好ましい。また、第１電子部品２００の周縁部２００ｘと、第２電子部品２１０の周縁部２１０ｘとは、少なくとも補強位置で、上下方向（基板１０１の主面に垂直な方向）に重なっているのが好ましい。

次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら、本発明の電子部品実装方法について説明する。
本発明の電子部品実装方法は、（i）基板１０１の複数のランド電極１０２にクリームはんだ１０３を印刷する工程（ａ）と、（ii）第１電子部品２００の複数の第１バンプ２０４と、クリームはんだ１０３が供給された複数のランド電極１０２とを対向させて（ｂ）、第１電子部品２００を基板１０１に搭載する工程（ｃ）と、（iii）第１電子部品２００の周縁部２００ｘの少なくとも一部（補強位置）に、熱硬化性樹脂を含む補強材１０５を、第１電子部品２００の第１主面２００ｓおよび第２主面２００ｔと接触するとともに、第２電子部品２１０の周縁部２１０ｘにも接触する高さで供給する工程（ｄ）と、（iv）複数の第２バンプ２１４と、複数の部品電極（中継端子）２０５とを対向させて（ｅ）、第２電子部品２１０を第１電子部品２００の第２主面２００ｔに搭載するとともに、補強材１０５を第２電子部品２１０の周縁部２１０ｘに接触させる工程（ｆ）と、（v）基板１０１と、基板１０１に搭載された第１電子部品２００と、第１電子部品２００の第２主面２００ｔに搭載された第２電子部品２１０とを、一括して加熱し、クリームはんだ１０３、並びに複数の第１バンプ２０４および複数の第２バンプ２１４を溶融させるとともに、熱硬化性樹脂の硬化を進行させる工程（ｇ）と、を具備する。

以上の工程を実行することにより、最終的には、図３Ｃ（ｈ）に示すように、第１電子部品２００および第２電子部品２１０を、基板１０１に積層して実装するとともに、その実装を補強部１０５Ａにより補強することができる。

本発明の電子部品実装方法は、さらに、第２電子部品２１０を第１電子部品２００に搭載する前に、複数の第２バンプ２１４に転写材料２１５（図３Ｂ（ｅ）参照）を供給する工程を有することができる。

以下、基板１０１に第１電子部品２００と第２電子部品２１０とを積層して実装する場合を例にとって、本発明を説明する。
基板１０１には、図３Ａ（ａ）に示すように、一方の主面に、第１電子部品２００のバンプ２０４と接続されるランド電極１０２が設けられている。

まず、ランド電極１０２に、スクリーン印刷などの手法により、図３Ａ（ａ）に示すように、金属粒子（例えばはんだ粒子）を含むクリームはんだ１０３を塗布する。

次に、図３Ａ（ｂ）および（ｃ）に示すように、第１電子部品２００を搭載ヘッドのノズル３１１ａにより吸着して、基板１０１に搭載する。このとき、複数のバンプ２０４が、それぞれ、対応するランド電極１０２の上に乗るように、第１電子部品２００の位置決めがなされる。

その後、図３Ｂ（ｄ）に示すように、第１電子部品２００が搭載された基板１０１において、第１電子部品２００の周縁部２００ｘに対応する少なくとも１つの補強位置１０４に、周縁部２００ｘで第１主面２００ｓおよび第２主面２００ｔの両方と接触するとともに、第２電子部品２１０の周縁部２１０ｘとも接触する高さに、塗布ヘッド３１２の塗布ノズル３１２ａを介して補強材１０５を供給する。このとき、既にランド電極１０２とバンプ２０４とが当接しているので、補強材１０５がランド電極１０２とバンプ２０４との間に侵入することが防止される。このため、ランド電極１０２とバンプ２０４とがクリームはんだ１０３により繋がった状態が維持される。なお、複数の補強位置１０４は、第１電子部品２００の周縁部２００ｘに対応する領域の全体ではなく、例えば矩形の第１主面２００ｓを有する第１電子部品２００の４隅またはその近傍に対応させて、複数設けることが好ましい。また、押圧端子３１２ｂで第１電子部品２００を押圧しながら補強材１０５を供給するのもよい。

その後、第２電子部品２１０の複数のバンプ２１４に、必要に応じて転写材料２１５を塗布した後、図３Ｃ（ｆ）に示すように、第２電子部品２１０が第１電子部品２００の第２主面２００ｔに搭載される。このとき、複数の第２バンプ２１４が、それぞれ、対応する複数の中継端子２０５の上に乗るように、第２電子部品２１０の位置決めがなされる。その結果、第２電子部品２１０の周縁部２１０ｘが補強位置１０４の上方で補強材１０５の少なくとも頂部と接触する。複数のバンプ２１４に転写材料２１５を塗布する方法は、特に限定されないが、スキージを用いて平坦面に形成した転写材料２１５の塗膜をバンプ２１４に転写する方式が好ましい。

第１電子部品２００および第２電子部品２１０を搭載した基板１０１は、リフロー炉で加熱される。上記のように、第１電子部品２００を基板１０１に搭載してから補強材１０５を第１電子部品２００の周縁部２００ｘに供給することで、補強材１０５の粘度を特に大きくすることなく、第２電子部品２１０の周縁部２１０ｘと接触すべき高さまで補強材１０５を補強位置１０４に容易に供給することができる。

また、補強材１０５を基板１０１上に供給する前に、予めランド電極１０２にバンプ２０４を着地させることにより、補強材１０５がバンプ２０４とランド電極１０２との間に侵入することが抑制される。このため、ランド電極１０２とバンプ２０４とがクリームはんだ１０３により繋がった状態でバンプ２０４がリフローされる。よって、溶融したバンプがランド電極１０２に十分に濡れ広がり、はんだ接合部における導通と十分な接合強度が確保される。リフロー工程が終了すると、はんだは冷却されて固化し、第１電子部品２００および第２電子部品２１０の各々の端子が基板１０１および第１電子部品２００の対応する電極に接合される。

図４に、本発明の電子部品実装方法を実施するための電子部品実装システム（電子部品実装ライン）の一例の全体像を示す。
電子部品実装システム３００は、電子部品を実装するための基板を供給する基板供給装置３０１と、基板供給装置３０１から搬出された基板の所定の電極（ランド電極１０２）に、スクリーン印刷により金属粒子を含むペースト（クリームはんだ１０３）を塗布するスクリーン印刷装置３０２と、基板１０１に第１電子部品２００および第２電子部品２１０を搭載するとともに、基板１０１に補強材１０５を供給する電子部品搭載装置３０３と、第１電子部品２００および第２電子部品２１０が搭載された基板１０１を加熱して、第１バンプ２０４をランド電極１０２と接合し、第２バンプ２１４を中継端子２０５と接合するとともに、補強材１０５を熱硬化させて、補強部１０５Ａを形成するリフロー炉３０４と、を具備する。リフロー炉３０４から搬出された基板１０１、すなわち実装構造体は、基板回収装置３０５により回収される。

図５は、電子部品実装システム３００を構成する電子部品搭載装置３０３を上方から見た構成図である。電子部品搭載装置３０３は、第１電子部品２００を供給する第１部品供給部３０７と、第２電子部品２１０を供給する第２部品供給部３０８と、基板１０１を保持して位置決めする基板保持部３０９と、転写材料の塗膜を供給する転写装置３１０と、これらが配置される基台３０３ａとを具備する。

電子部品搭載装置３０３は、さらに、供給された第１電子部品２００および第２電子部品２１０を基板１０１に搭載する移動可能な搭載ヘッド３１１と、補強材１０５として熱硬化性樹脂を供給する移動可能な塗布ヘッド３１２と、搭載ヘッド３１１と塗布ヘッド３１２の移動および動作を制御する制御部３１３とを具備する。搭載ヘッド３１１と塗布ヘッド３１２は、専用のＸＹ移動機構（図示せず）に支持されており、制御部３１３によるＸＹ移動機構の制御によって基台３０３ａの上方空間を移動する。

第１部品供給部３０７および第２部品供給部３０８の構造は、特に限定されないが、例えば、格子状に配置された複数の第１電子部品２００を載置したトレイを、搭載ヘッド３１１のピックアップ位置に供給するトレイフィーダを具備する。

第１電子部品２００は、図１Ａ、Ｂに示すような、複数のバンプ２０４が設けられた第１主面２００ｓを有するＢＧＡ型の電子部品である。第２電子部品２１０もまた、図２に示すような、複数のバンプ２１４が設けられた主面２１０ｓを有するＢＧＡ型の電子部品である。

基板１０１を保持して位置決めする基板保持部３０９は、どのような構造でもよいが、例えば図５に示すように、基板１０１を保持したキャリア３１４を搬送する基板搬送コンベア３１５により構成される。基板搬送コンベア３１５は、基板１０１を各電子部品の搭載が行われる位置まで搬送して位置決めするため、基板保持部３０９として機能する。

搭載ヘッド３１１は、内蔵された昇降機構によって昇降動作を行う吸引ノズル３１１ａを備えている。吸引ノズル３１１ａの昇降動作と吸引とによって、第１部品供給部３０７や第２部品供給部３０８から、第１電子部品２００や第２電子部品２１０がピックアップされる。また、基板１０１の所定箇所での昇降動作と吸引解除（真空破壊）により、電子部品が基板１０１に搭載される。

補強材１０５として熱硬化性樹脂を供給するための移動可能な塗布ヘッド３１２は、補強材１０５を吐出する塗布ノズル３１２ａを有するディスペンサと、塗布ノズル３１２ａを昇降させる昇降機構を内蔵している。なお、本実施の形態では、塗布ヘッド３１２は、専用のＸＹ移動機構に支持されて、基台３０３ａの上方空間を移動する構成としている。ただし、塗布ヘッド３１２を搭載ヘッド３１１と一体化し、共通のＸＹ移動機構によって基台３０３ａの上方空間を移動する構成としてもよい。

搭載ヘッド３１１の移動および搭載ヘッド３１１による電子部品のピックアップ、搭載などの動作は、制御部３１３からの指令により制御される。同様に、塗布ヘッド３１２の移動および塗布ヘッド３１２からの補強材１０５の吐出などの動作は、制御部３１３からの指令により制御される。制御部３１３は、搭載ヘッド３１１および塗布ヘッド３１２の移動および動作を規制するプログラムを記憶するメモリ３１３ａ、ＣＰＵまたはＭＰＵなどの中央演算装置３１３ｂ、様々なインターフェース、パーソナルコンピュータなどで構成されている。

転写材料の塗膜を供給する転写装置３１０は、第２電子部品２１０のバンプ２１４に転写するのに適した厚さの転写材料の塗膜を供給できる機構を有するものであればよく、特に限定されない。例えば、図６に示すような、下方に設けられたベーステーブル３２０と、ベーステーブル３２０の上面に設けられた転写テーブル３２１と、転写テーブル３２１の上方に配置されたスキージ装置３２３とを具備する。スキージ装置３２３は、転写テーブルのＹ軸方向の幅とほぼ等しい長さを有する第１スキージ部材３２３ａと第２スキージ部材３２３ｂとを備え、これらはそれぞれ一定の間隔をあけてＹ軸方向と平行に配置されている。各スキージ部材は、スキージ装置３２３に内蔵された昇降機構によって昇降自在、すなわち転写テーブル３２１に形成される塗膜に対して進退自在となっている。

図７に示すように、第１スキージ部材３２３ａと第２スキージ部材３２３ｂとの間に転写材料２０６を供給した後、スキージ装置３２３を矢印の方向に移動させるとともに、所定のタイミングで第１スキージ部材３２３ａと第２スキージ部材３２３ｂを昇降させることにより、転写材料の塗膜が供給される。

次に、第１電子部品２００および第２電子部品２１０が基板１０１に搭載される際の具体的な流れについて、図８のフローチャートに沿って説明する。

制御部３１３は、スクリーン印刷装置３０２を制御して、基板１０１の複数のランド電極１０２にスクリーン印刷によりクリームはんだ１０３を塗布する（ＳＰ１、図３Ａ（ａ））。複数のランド電極１０２にクリームはんだ１０３が塗布された基板１０１は、電子部品搭載装置３０３に送られる。

制御部３１３は、基板１０１が基板保持部３０９に位置決めされたことを認識すると（ＳＰ２）、以下のような搭載ヘッド３１１の移動および動作の制御を開始する。

まず、搭載ヘッド３１１は、第１部品供給部３０７で吸引ノズル３１１ａにより第１電子部品２００をピックアップする（ＳＰ３）。

次に、搭載ヘッド３１１は、第１電子部品２００を基板１０１のランド電極１０２の上方に移動させ（ＳＰ４、図３Ａ（ｂ））、複数のバンプ２０４がクリームはんだ１０３を介してそれぞれ対応するランド電極１０２に着地するように、第１電子部品２００を基板１０１に搭載する（ＳＰ５、図３Ａ（ｃ））。第１電子部品２００を基板１０１のランド電極１０２に搭載する際に、公知の画像認識システムを利用して、撮像信号に基づいて精密な位置合わせを行ってもよい。

制御部３１３は、第１電子部品２００が基板１０１に搭載された後、以下のような塗布ヘッド３１２の移動および動作の制御を開始する。まず、塗布ヘッド３１２は、第１電子部品２００の上方に移動し、位置合わせをする（ＳＰ６）。塗布ヘッド３１２にも精密な位置合わせのために画像認識システムを利用してもよい。次に、図３Ｂ（ｄ）に示すように、塗布ヘッド３１２は、第１電子部品２００の周縁部２００ｘに対応する基板１０１の補強位置１０４に、塗布ノズル３１２ａを介して補強材１０５を供給する（ＳＰ７）。補強材１０５は、第２電子部品２１０の周縁部２１０ｘと接触すべき高さとなる量だけ塗布ノズル３１２ａから吐出される。なお、第１電子部品２００の周縁部２００ｘは、例えば、ＢＧＡ型の電子部品を構成する第１サブストレート２０１の周縁部である。また、第２電子部品２１０の周縁部２１０ｘは、例えば、ＢＧＡ型の電子部品を構成する第２サブストレート２１１の周縁部である。

補強位置１０４は、基板１０１の第１電子部品２００の周縁部２００ｘに対応する領域に、通常は複数設定される。ここで、基板１０１の第１電子部品２００の周縁部２００ｘに対応する領域とは、複数のバンプを有する第１主面２００ｓの外形に沿って基板に設定される枠状領域である。補強位置１０４は、その枠状領域の所定箇所に設定される。

塗布ヘッド３１２が、図３Ｂ（ｄ）に示すように、小径の塗布ノズル３１２ａを有する場合、補強材１０５は、塗布ノズル３１２ａからディスペンス方式で、補強位置１０４に線状または点状に供給することが好ましい。このとき、供給される補強材１０５の量が多すぎないように加減することで、生産性の向上が図られ、リペアもより容易になる。また、補強材１０５のはみ出しなどの不良が抑制される。

補強材１０５を供給する工程は、基板１０１に搭載された第１電子部品２００を基板１０１に対して押圧しながら行うことが望ましい。例えば、図３Ｂ（ｄ）に示すように、第１電子部品２００を、塗布ヘッド３１２の先端に設けられた押圧端子３１２ｂで押圧しながら補強材１０５を供給する。このような押圧を行うことで、補強材１０５を供給する際の第１電子部品２００の位置ずれを抑制することができる。押圧端子３１２ｂは、第１電子部品２００に過度な圧力がかからないように、ばねのような上下方向の弾性を有する部材で構成することが好ましい。

第１電子部品２００と基板１０１との間に補強材１０５が侵入すると、補強材１０５の使用量が多くなり、アンダーフィル材の場合のようにリペアの手間も多くなる。また、最外周のバンプが補強材で覆われてしまうことで、再リフロー時のはんだフラッシュの発生リスクが高まる。よって、第１電子部品２００の周縁部２００ｘの近傍、すなわち規則的に配置されているランド電極１０２またはバンプ２０４のうち、最外周のランド電極１０２またはバンプ２０４とだけ補強材１０５を接触させることが望ましい。

一般的なＢＧＡ型の電子部品の周縁部の形状は矩形である。矩形の電子部品においては、少なくとも矩形の周縁部の四隅またはその近傍に対応する複数の補強位置に、補強材を塗布することが好ましい。このような配置で補強位置を設定することで、少量の補強材の使用でも、大きな補強効果が得られる。また、補強のバランスがよいため、第１電子部品が衝撃を受けたときに、はんだ接合部に発生する応力を低減しやすくなる。

補強材１０５の塗布が完了すると、次に、搭載ヘッド３１１は、制御部３１３の制御により、第２部品供給部３０８で第２電子部品２１０をピックアップし（ＳＰ８）、第２電子部品２１０を転写装置３１０に移動させる（ＳＰ９）。次に、搭載ヘッド３１１は、転写装置３１０の転写テーブルに形成された塗膜に第２電子部品２１０のバンプ２１４を接触させ、バンプ２１４に転写材料を転写する（ＳＰ１０）。これにより、転写材料が第２電子部品２１０のバンプ２１４に塗布される。バンプ２１４に転写材料を転写するとき、転写材料の塗膜の所定の位置に第２電子部品２１０が着地するように、位置合わせの制御を行うことが好ましい。転写材料の塗膜の厚さは、バンプ２１４の大きさやバンプ１個あたりの塗布量を考慮して適宜調整される。次に、第２電子部品２１０を基板１０１に搭載された第１電子部品２００の上方に移動させ（ＳＰ１１、図３Ｂ（ｅ））、バンプ２１４が中継端子２０５上に着地するように、第２電子部品２１０を基板１０１に搭載する（ＳＰ１２、図３Ｃ（ｆ））。これにより、第２電子部品２１０の周縁部２１０ｘが補強位置１０４に塗布された補強材１０５の頂部と接触する。

さらに、図９に示すように、制御部３１３は、搭載ヘッド３１１および塗布ヘッド３１２だけでなく、第１部品供給部３０７、第２部品供給部３０８、基板保持部３０９および転写装置３１０の少なくとも１つまたは全部を制御するようにしてもよい。例えば、制御部３１３は、転写装置３１０に第２電子部品２１０が到着するまでに転写テーブルに転写材料の塗膜が形成されるように、転写装置３１０による塗膜の形成のタイミングを制御してもよい。

第１電子部品２００および第２電子部品２１０を搭載した基板１０１は、リフロー炉３０４に搬送される（ＳＰ１３）。リフロー炉３０４内で、第１電子部品１０１および補強材１０５は、基板１０１ごと加熱され、バンプ２０４および２１４が溶融し（図３Ｃ（ｇ）参照）、次いで、補強材１０５が硬化して補強部１０５Ａ（図３Ｃ（ｈ）参照）になる。

次に、補強材１０５の塗布パターンについて具体的に説明する。
図１０Ａは、矩形の第１電子部品２００の周縁部２００ｘの四隅に対応させて４箇所の補強位置に補強材１０５を塗布したときの、第１電子部品２００の平面図を示す。図１０Ｂは、同じ第１電子部品２００の底面図（複数のバンプを有する第１主面２００ｓ）である。補強材１０５は、第１電子部品２００の周縁部２００ｘの近傍のバンプ２０４の一部、および、図示しないが周縁部２００ｘに最も近いランド電極１０２の一部とだけ接触するように補強位置に塗布されている。ただし、補強材１０５の塗布パターンは、特に限定されない。

図１１には５種類の補強材の塗布パターンを例示する。４点塗布のパターン（ａ）、８点塗布のパターン（ｂ）、１２点塗布のパターン（ｃ）およびＬ型塗布のパターン（ｄ）では、矩形の第１電子部品の周縁部の四隅またはその近傍に、複数の補強位置が設定されている。Ｕ型塗布のパターン（ｅ）でも、四隅およびその近傍を含むように補強位置が設定されている。塗布パターン（ａ）〜（ｅ）の順に、補強効果は大きくなるが、塗布時間が長くなり、補強材の使用量も多くなる。一方、塗布パターン（ｅ）〜（ａ）の順にリペア（リワーク性）は良好となる。塗布パターンは、電子部品のサイズおよび生産タクトに応じて、補強効果を考慮して、適宜選択すればよい。

なお、周縁部のほぼ全体に補強材を塗布してもよい。ただし、バンプのリフロー時に、補強材や転写材料からガスが発生することがあるため、ガスを逃がすための開口を設けることが望ましい。

次に、補強材について説明する。
補強材には、熱硬化性樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂などを例示できる。熱硬化性樹脂は、硬化剤、硬化促進剤などを含んでもよい。硬化剤としては、酸無水物、脂肪族または芳香族アミン、イミダゾールまたはその誘導体などが好ましく用いられ、硬化促進剤としては、ジシアンジアミドなどを例示できる。

補強材には、ランド電極、部品電極、またはバンプの表面に存在する酸化物を除去する作用を有する成分を含ませることが好ましい。例えば、転写材料に含ませる活性剤などを補強材に含ませてもよい。これにより、補強材がランド電極やバンプと接触する場合でも、溶融したバンプと電極との濡れがより確実に確保される。

本発明の電子部品実装方法は、複数の電子部品を基板に積層して実装する、パッケージ・オン・パッケージにおいて、高い接続信頼性と製造のプロセスタイムの短縮とを実現可能とするものであり、特に小型のＢＧＡ型電子部品の表面実装の分野において有用である。

１０１・・・基板、１０２・・・ランド電極、１０３・・・クリームはんだ、１０４・・・補強位置、１０５・・・熱硬化性樹脂（補強材）、１０５Ａ・・・補強部（熱硬化性樹脂の硬化物）、２００・・・第１電子部品、２０１・・・第１サブストレート、２００ｓ・・・第１主面、２００ｔ・・・第２主面、２００ｘ・・・周縁部、２０２・・・半導体素子、２０３・・・封止樹脂、２０４・・・バンプ、２１０・・・第２電子部品、２１０ｘ・・・周縁部、２１１・・・第２サブストレート、２１２・・・半導体素子、２１３・・・封止樹脂、２１４・・・バンプ、３００・・・電子部品実装システム、３０１・・・基板供給装置、３０２・・・スクリーン印刷装置、３０３・・・電子部品搭載装置、３０３ａ・・・基台、３０４・・・リフロー炉、３０５・・・基板回収装置、３０６・・・制御装置、３０７・・・第１部品供給部、３０８・・・第２部品供給部、３０９・・・基板保持部、３１０・・・転写装置、３１１・・・搭載ヘッド、３１１ａ・・・吸引ノズル、３１２・・・塗布ヘッド、３１２ａ・・・塗布ノズル、３１２ｂ・・・押圧端子、３１３・・・制御部、３１３ａ・・・メモリ、３１３ｂ・・・中央演算装置、３１４・・・キャリア、３１５・・・基板搬送コンベア、３２０・・・ベーステーブル、３２１・・・転写テーブル、３２３・・・スキージ装置、３２３ａ・・・第１スキージ部材、３２３ｂ・・・第２スキージ部材

Claims (3)

1. 一方の主面に複数のランド電極が設けられた基板に、
   第１主面に前記複数のランド電極とそれぞれ対応する複数の第１バンプを有し、前記第１主面と対向する第２主面に複数の部品電極を有する、第１電子部品を搭載するとともに、
   前記第１電子部品の前記第２主面に、前記複数の部品電極とそれぞれ対応する複数の第２バンプを有する、第２電子部品を搭載する、電子部品実装方法であって、
   （i）前記複数のランド電極にクリームはんだを供給する工程と、
   （ii）前記複数の第１バンプと、前記クリームはんだが供給された複数のランド電極とを対向させて、前記第１電子部品を前記基板に搭載する工程と、
   （iii）前記基板の、前記第１電子部品の周縁部と対応する領域の少なくとも一部に、熱硬化性樹脂を含む補強材を、前記第１電子部品の前記第１主面および前記第２主面と接触するとともに、前記第２電子部品の周縁部にも接触する高さで供給する工程と、
   （iv）前記複数の第２バンプと、前記複数の部品電極とを対向させて、前記第２電子部品を前記第１電子部品の前記第２主面に搭載するとともに、前記補強材を前記第２電子部品の前記周縁部に接触させる工程と、
   （v）前記基板と、前記基板に搭載された前記第１電子部品と、前記第１電子部品の前記第２主面に搭載された前記第２電子部品とを、一括して加熱し、前記クリームはんだ、並びに前記複数の第１バンプおよび前記複数の第２バンプを溶融させるとともに、前記熱硬化性樹脂の硬化を進行させる工程と、を具備する、電子部品実装方法。
2. 前記第２電子部品を前記第１電子部品に搭載する前に、前記複数の第２バンプに転写材料を供給する工程、を更に有する、請求項１記載の電子部品実装方法。
3. 前記工程（ii）の後、前記工程（iii）を行う、請求項１または２記載の電子部品実装方法。

Images