JPH05235531A - 電子部品実装方法および実装装置 - Google Patents

電子部品実装方法および実装装置

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JPH05235531A
JPH05235531A JP4035974A JP3597492A JPH05235531A JP H05235531 A JPH05235531 A JP H05235531A JP 4035974 A JP4035974 A JP 4035974A JP 3597492 A JP3597492 A JP 3597492A JP H05235531 A JPH05235531 A JP H05235531A
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JP
Japan
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electronic component
electrode
circuit board
mounting
metal
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JP4035974A
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English (en)
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Hachirou Nakamichi
八郎 中逵
Koichi Yoshida
幸一 吉田
Kenichiro Suetsugu
憲一郎 末次
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/328Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by welding
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
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    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components

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  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Supply And Installment Of Electrical Components (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子部品を回路基板上に装着し電気的接続を
得る工程において半田付工程を必要としない電子部品実
装方法および実装装置を提供する。 【構成】 電子部品4の電極5または電極2にあらかじ
め金属突起6を形成しておき、装着ヘッド7で電子部品
を回路基板に装着する工程において超音波エネルギーと
熱エネルギーを印加し、相手電極と金属突起6との間に
金属結合をおこさせ電気的接続を得る。この方法および
装置によれば半田付が不要となり、半田に含まれる不純
物による汚染や加熱による電子部品の劣化を防ぐことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子機器用回路基板に電
子部品を実装するときに、予め、電子部品上または基板
上に金属突起を設け、この金属突起を介して電子部品を
基板に装着する電子部品実装方法および実装装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、電気製品の小型軽量化にともな
い、プリント基板への電子部品実装は表面実装が主流に
なっている。
【0003】以下図6を参照しながら従来の電子部品の
表面実装方法について説明する。図6に示すように回路
基板1上に電極2aが形成されている。クリーム半田1
5はスキージ21が回路基板1と平行に移動するときメ
タルマスク16に形成された孔を通過し電極2上に印刷
される(図6(a))。つぎに電子部品4は印刷された
クリーム半田上に電子部品装着機で装着される(図6
(b))。装着された電子部品4は回路基板ごとリフロ
ー装着(図示せず)内に投入され、所定の温度に保たれ
たリフロー装置内を通過するときにクリーム半田中の金
属成分が再溶融され、基板上に設けた電極2aと電子部
品側の電極2bとの間に溶融した半田19で電気的接続
が行なわれる(図6(c))。その後溶融した半田は冷
却固化する。半田19の周辺にはクリーム半田15中に
含まれているフラックス成分が残り、そのままでは腐食
や電気絶縁性の低下などを起こし信頼性面での不安があ
るため、洗浄槽17内でトリクロルエタンやフレオンな
どの洗浄剤17で洗浄して除去される(図6(d))。
しかし、近年オゾン層破壊の原因となるフレオン洗浄剤
を使用することが禁止される方向にあるため、洗浄を必
要としない低残渣のクリーム半田の開発が急がれてい
る。
【0004】電子部品の表面実装のもう一つの方法とし
てディップ方式がある。以下に図7を参照しながらディ
ップ方式を説明する。回路基板1上に電子部品用接着剤
10をディスペンサー20により塗布する(図7
(a))。つぎに電子部品4を電極2にまたがるように
電子部品装着機にて装着する(図7(b))。その後専
用の硬化装置(図示せず)か、あるいはリフロー装置
(図示せず)などで、装着剤を硬化し、電子部品4を回
路基板1に仮固定する(図7(c))。仮固定した電子
部品4と回路基板にはフラックスを塗布し、ディップ装
置22で溶融した半田19に接触させ、電極2aと電子
部品4の電極2bを電気的に接続する。最終的にはクリ
ーム半田の場合と同じく塗布したフラックスを洗浄槽1
8内でトリクロルエタンやフレオンなどの洗浄剤17で
洗浄する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の方法では、印刷工程、リフロー工程、洗浄工程
が必要であり、ディップ方式においてもフラックス塗布
工程、半田付工程、洗浄工程が必要である。
【0006】各工程においてもそれぞれ課題がある。例
えば印刷工程ではパターンの微細化に伴い、印刷カス
レ、にじみ、加熱によるダレやクリーム半田そのものの
劣化に伴う半田ボールの発生などの問題がある。リフロ
ー工程では電極間の温度差やクリーム半田量のバラツキ
による部品立ちや半田ブリッジの発生や加熱による部品
自体の劣化などの問題がある。洗浄工程においては洗浄
剤の使用によるコストアップやオゾン層破壊など環境問
題からフレオン系溶剤の使用が困難となるため、低残渣
のクリーム半田やディップ半田付用フラックの開発が望
まれている。
【0007】本発明はこのような課題を解決するもの
で、印刷工程、加熱工程、洗浄工程など湿式工程や熱工
程を用いずに電子部品を基板に実装する電子部品実装方
法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の電子部品の実装方法は、電子部品と回路基板
の間にあらかじめ金属突起を形成しておき、回路基板面
に電子部品を装着し電気的接続を行なうものである。
【0009】金属突起は電子部品の装着前にあらかじめ
電子部品の電極部または回路基板の電極上に形成してお
く。また金属突起を形成する際、あるいは電子部品を装
着する際には、金属結合を起こす必要があり、そのエネ
ルギー源として、超音波振動と熱を印加する実装方法と
その装置を提供するものである。
【0010】
【作用】本発明の電子部品の固定方法によれば、電子部
品の電極部あるいは回路基板上の電極部に設けた金属突
起が、電子部品装着時にかかる圧力と超音波エネルギー
と加熱とにより、対向する電極表面との間に金属結合層
が形成され、部品保持力と電気的接続が得られる。
【0011】またさらに高い部品保持力を得るため、一
般的に実用化されている電子部品用接着剤やベアICチ
ップ用の封止剤を使用するものである。金属突起を形成
する方法としてはベアICの実装に使用されるスタット
バンプ方式を用い、金属ワイヤー先端に形成したポール
を電極部に押圧し、超音波と加熱により金属結合を発生
させ、量終的にはワイヤーを引き離す方法によって金属
突起を形成する。
【0012】
【実施例】以下に本発明の一実施例の電子部品の固定方
法を図面を参照しながら説明する。図1(a),(b)
に本実施例の電子部品の装着工程を示す。図1(a)に
示すように回路基板1上に電極2が形成され、電極2以
外の回路基板表面にはレジスト3と呼ばれる絶縁膜が形
成されている。電子部品4の両端には部品電極5が形成
されている。部品電極5は主に銀粒子とガラス粉末と溶
剤を混合したものを印刷し、高温下で構成して形成され
る。部品電極5の回路基板1に対向する面には金属突起
6が形成されている。金属突起の材質としては金が望ま
しいが、銀やアルミニウムでも同様の効果が得られる。
【0013】金が望ましい理由は、展延性に優れ、表面
の酸化が少なく電極面との金属結合が得やすいためであ
る。
【0014】つぎに電子部品4は図1(b)に示すよう
に電子部品装着機(図示せず)の装着ヘッド7により保
持され、下降し回路基板1に押圧される。これと同時に
装着ヘッド7の周囲に装着した超音波振動子8により超
音波振動を加えるとともに、ヒートブロック9により加
熱することにより、金属突起6と電極2の界面に金属結
合が形成される。超音波の周波数は約60kHzが好適で
加熱は接合部の温度が120〜150℃となる条件が望
ましい。
【0015】また金属突起の高さは50μm〜150μ
mが望ましい。また金属突起のみの保持力では不安があ
る場合、図2に示すようにエポキシ樹脂やアクリレート
樹脂からなる電子部品用接着剤をディスペンス装置で電
極2間に塗布し、部品装着後専用硬化装置で加熱し硬化
させる。もう一つの方法としては図3に示すようにIC
チップの実装に使用されるエポキシ樹脂やシリコン変成
エポキシ樹脂を電子部品4を覆うように塗布し、最終的
には専用硬化装置で硬化する。
【0016】つぎに、金属突起の形成方法を図4(a)
〜(c)を参照しながら説明する。基本的にはICの電
気的接続を行なうワイヤボンディング方式を応用したも
ので、図4(a)に示すようにキャピラリー12中を金
ワイヤー13が通っている、金ワイヤー13の先端はあ
らかじめの高電圧のスパークで溶融され球状となってい
る。電子部品4は支持体14に固定されており、キャピ
ラリー12は図4(b)に示すように下降し部品電極5
に当接する。当接と同時に超音波振動と熱を加えること
により、金ワイヤー13の先端のボール部と部品電極の
間に金属結合が生じる。その後もキャピラリー12と金
ワイヤー13は上昇し、図4(c)に示すように金ワイ
ヤーのボール部だけを残して破断する。金ワイヤー接続
条件としては超音波周波数は60kHz、加熱は120℃
〜150℃で行ない、ボールを押圧する圧力は100g
程度が適切である。また電極の面積が大きい場合には、
電極面積に合わせて金属突起の点数をふやすことが望ま
しい。
【0017】また、図5には回路基板上に金属突起を形
成する方法を示す。この方法は図4の方法と基本的には
同様であるが電極2には銅が使用されることが多く、そ
の表面に形成された酸化膜層が厚いために金属結合を起
こしにくいなどの問題がある。そこで電極2の表面に銀
メッキを施し、さらに電極2と銀メッキの間にニッケル
メッキを施すことにより金属結合が形成し易くなる。
【0018】本実施例の実装方法によれば、乾式工程で
電子部品全体を加熱せず、清浄な条件下で電子部品を基
板に装着することができる。
【0019】
【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明の電子部品装着方法によれば、電子部品の半
田付工程全般を削除でき、クリーム半田の印刷工程で起
こる、カスレ、にじみ、加熱によるダレやクリーム半田
そのものの劣化に伴う半田ボールの発生がなくなる。さ
らにリフロー工程で発生する部品立ちや半田ブリッジの
発生や加熱による部品の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の電子部品装着方法を示
す断面図
【図2】同第2の実施例の電子部品装着方法を示す断面
【図3】同第3の実施例の電子部品装着方法を示す断面
【図4】同電子部品電極に金属突起を形成する方法を示
す断面図
【図5】同基板電極に金属突起を形成する方法を示す断
面図
【図6】従来の電子部品装着方法を示す断面図
【図7】同別の電子部品装着方法を示す断面図
【符号の説明】
1 回路基板 2 電極 3 レジスト 4 電子部品 5 部品電極 6 金属突起 7 装着ヘッド 8 超音波振動子 9 ヒートブロック 10 接着剤 11 封止剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 13/04 Z 8509−4E

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気絶縁性回路基板上に形成した電極に電
    子部品の電極を接合し、電気的接続を行う電子部品装着
    方法であって、前記回路基板上に形成した電極または前
    記電子部品の電極に金属突起を形成し、前記金属突起を
    介して前記回路基板に前記電子部品を装着する電子部品
    実装方法。
  2. 【請求項2】電子部品と回路基板の間隙に接着剤を塗布
    し、前記接着剤を硬化させて前記電子部品と前記回路基
    板を接着する請求項1記載の電子部品実装方法。
  3. 【請求項3】電子部品を回路基板に装着後、前記電子部
    品を封止剤で被覆し、保護層を形成する請求項1記載の
    電子部品実装方法。
  4. 【請求項4】金属突起を介して電子部品を回路基板に装
    着するときに、超音波振動と加熱により前記金属突起を
    電極に接合する請求項1記載の電子部品実装方法。
  5. 【請求項5】回路基板上に形成した電極または電子部品
    の電極に金属突起を形成し、前記金属突起を介して前記
    電子部品を回路基板に当接させ、当接部分を加熱しつつ
    超音波振動を加えて前記電子部品を回路基板に装着する
    電子部品実装装置。
  6. 【請求項6】貫通孔を有するキャピラリーに金属線を通
    し、前記金属線の先端を加熱溶融して球状に形成し、球
    状の金属線先端をキャピラリーを下降させて電子部品ま
    たは回路基板の電極に押圧し、加熱しながら超音波振動
    を印加して球状の金属線先端を電極に溶接し、その後前
    記キャピラリーと前記金属線を上昇させ前記金属線を切
    断して金属突起を形成する手段を備えた電子部品実装装
    置。
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