(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１面と第１面の裏側の第２面にそれぞれ電子部品が実装された実装基板を製造する実装基板の製造方法であって、部品実装工程において先に実装対象となる第１面に、熱硬化性樹脂を含まない半田接合用ペーストを供給する第１ペースト供給工程と、ペースト供給後の第１面に電子部品を搭載して電子部品の接続用電極を第１面に設けられた第１電極に着地させる第１搭載工程と、第１搭載工程後の前記基板を加熱して前記接続用電極を前記第１電極に半田接合する第１加熱工程と、第１面の実装が完了した基板の第２面に前記熱硬化性樹脂を含む半田接合用ペーストを供給する第２ペースト供給工程と、ペースト供給後の第２面に電子部品を搭載して電子部品の接続用電極を第２面に設けられた第２電極に着地させる第２搭載工程と、第２搭載工程後の前記基板を加熱して前記接続用電極もしくは前記第２電極に予め供給された接合用半田部を溶融させて接続用電極を第２電極に半田接合するとともに前記熱硬化性樹脂の熱硬化を開始させる第２加熱工程とを含むことを特徴とする実装基板の製造方法。
【請求項２】
前記第１加熱工程において、前記第２加熱工程における加熱温度以上まで基板を昇温させることを特徴とする請求項１記載の実装基板の製造方法。
【請求項３】
部品実装工程において後に実装対象となる前記第２面を、熱硬化性樹脂を含む半田接合用ペーストが供給される第２ペースト供給面として予め設定しておき、基板設計時の電子部品配置において、前記熱硬化性樹脂を用いた実装方式が適用される電子部品を優先的に第２面に配置することを特徴とする請求項１記載の実装基板の製造方法。
【請求項４】
前記基板の第１面と第２面の表裏各面にそれぞれ実装される電子部品の種類と数量を対比し、熱硬化性樹脂を用いた実装方式が適用可能な電子部品の割合が多い方の面を、部品実装工程において後に実装対象となる第２面に設定することを特徴とする請求項１記載の実装基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に実装して実装基板を製造する実装基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップなどの電子部品の実装方法として、半田接合による方法が広く用いられている。この半田接合の方式として、熱硬化性の樹脂接着材を部品搭載前に予め基板の電極上に塗布する方法が採用されるようになっている。この方法では、電子部品の半田バンプを電極上に着地させた後に基板を加熱することにより、半田バンプと電極との半田接合と樹脂接着材の熱硬化とを同一加熱工程にて行う。この方法によれば、補強用のアンダーフィル樹脂形成工程を独立した工程として設ける必要がないという利点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記樹脂接着材を用いた電子部品の実装方式を、表裏両面に電子部品が実装される両面実装基板に対して適用する場合においては、以下に説明するような不都合が生じる場合があった。上述のように、この実装方式では、半田バンプと電極との半田接合と樹脂接着材の熱硬化を同一加熱工程にて行うようにしているため、両面実装において先に実装が行われた第１面上の電子部品については、第１面側を対象とした第１加熱工程において樹脂が加熱された後、第２面側を対象とした第２加熱工程において再度加熱される。
【０００４】
このとき、第１面側の電子部品の樹脂接着材の内部に、第１加熱工程において基板から発生したガスによってボイドが形成されている場合には、このボイドが再加熱されることによる不具合が生じやすい。例えば、ボイド中のガスが再加熱によって膨張することによる樹脂の剥離や、ボイドが接合部に近接して生じている場合に、接合部の半田が再加熱時に溶融してこのボイド内に流入する結果接合部の導通不良などが生じることがある。そしてこのような不具合によって、実装品質の低下を招く場合があった。
【０００５】
そこで本発明は、樹脂接着材を用いて両面実装基板を対象として行われる実装基板の製造において、樹脂接着材内部のボイドに起因して生じる実装不具合を防止することができる実装基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の実装基板の製造方法は、基板の第１面と第１面の裏側の第２面にそれぞれ電子部品が実装された実装基板を製造する実装基板の製造方法であって、部品実装工程において先に実装対象となる第１面に、熱硬化性樹脂を含まない半田接合用ペーストを供給する第１ペースト供給工程と、ペースト供給後の第１面に電子部品を搭載して電子部品の接続用電極を第１面に設けられた第１電極に着地させる第１搭載工程と、第１搭載工程後の前記基板を加熱して前記接続用電極を前記第１電極に半田接合する第１加熱工程と、第１面の実装が完了した基板の第２面に前記熱硬化性樹脂を含む半田接合用ペーストを供給する第２ペースト供給工程と、ペースト供給後の第２面に電子部品を搭載して電子部品の接続用電極を第２面に設けられた第２電極に着地させる第２搭載工程と、第２搭載工程後の前記基板を加熱して前記接続用電極もしくは前記第２電極に予め供給された接合用半田部を溶融させて接続用電極を第２電極に半田接合するとともに前記熱硬化性樹脂の熱硬化を開始させる第２加熱工程とを含む。
【０００７】
請求項２記載の実装基板の製造方法は、請求項１記載の実装基板の製造方法であって、前記第１加熱工程において、前記第２加熱工程における加熱温度以上まで基板を昇温させる。
【０００８】
請求項３記載の実装基板の製造方法は、請求項１記載の実装基板の製造方法であって、部品実装工程において後に実装対象となる前記第２面を、熱硬化性樹脂を含む半田接合用ペーストが供給される第２ペースト供給面として予め設定しておき、基板設計時の電子部品配置において、前記熱硬化性樹脂を用いた実装方式が適用される電子部品を優先的に第２面に配置する。
【０００９】
請求項４記載の実装基板の製造方法は、請求項１記載の実装基板の製造方法であって、前記基板の第１面と第２面の表裏各面にそれぞれ実装される電子部品の種類と数量を対比し、熱硬化性樹脂を用いた実装方式が適用可能な電子部品の割合が多い方の面を、部品実装工程において後に実装対象となる第２面に設定する。
【００１０】
本発明によれば、後に実装対象となる第２面のみに熱硬化性樹脂を種類として含む半田接合用ペーストを供給し、この半田接合用ペーストの加熱を第２面を対象とする第２加熱工程の１回のみに限定することにより、樹脂接着材内部のボイドに起因して生じる実装不具合を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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、図２は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、図３は本発明の一実施の形態の実装基板の製造方法におけるリフロー工程の温度プロファイルを示すグラフである。本実施の形態では、両面に電極が形成された基板に電子部品を半田接合により実装して実装基板を製造する工程を示している。
【００１２】
図１（ａ）において、１は両面実装用の基板であり、基板１の第１面１ａ（図１において上面）および第１面の裏側の第２面１ｂ（図１において下面）には、それぞれ第１電極としての電極２，第２電極としての電極３が形成されている。第１面１ａは、基板１の表裏両面に電子部品を実装して実装基板を製造する過程において、先に実装対象となる面である。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、第１面１ａに形成された第１電極である電極２上には、半田接合用ペーストであるクリーム半田４が印刷により供給される（第１ペースト供給工程）。クリーム半田４は、ペースト状のフラックス中に半田粒子を含有させたものであり、半田接合のみを目的とした接合材料であることから、後述する樹脂接着材６に含まれるような熱硬化性性樹脂を含まない構成となっている。
【００１４】
次いで図１（ｂ）に示すように、クリーム半田供給後の第１面１ａには、両端部に接続用電極としての端子５ａが設けられた電子部品５が搭載され（第１搭載工程）、これにより端子５ａがクリーム半田４を介して電極２上に着地する。そしてこの後、基板１は第１面１ａを対象とした第２面リフローのためにリフロー工程に送られ。ここで所定の加熱プロファイルにしたがって加熱される（第１加熱工程）。
【００１５】
この第１面リフローにおける加熱プロファイルについて、図３を参照して説明する。加熱が開始されると、基板１は半田融点温度Ｔ２よりも低い予熱温度Ｔ１まで加熱され、この温度で所定時間保持される。そして予熱の後、温度がさらに上昇して半田融点温度Ｔ２を超えることにより、クリーム半田４中の半田成分が溶融しこの溶融半田を介して端子５ａが電極２の上面に半田接合される。半田融点温度は、Ｓｎ／Ｐｂ系の半田では１８３℃，Ｓｎ／Ａｇ系では２２０℃である。この半田接合において、端子５ａの表面に生成した酸化膜はクリーム半田４中のフラックス成分によって除去されることから、良好な接合性が確保される。
【００１６】
この後、加熱温度はさらに上昇し、耐熱温度Ｔ４（約２５０℃）よりも低い温度に設定される最高加熱温度Ｔａに到達する。そして所定時間この温度を保持した後、温度は徐々に下降する。ここで最高加熱温度Ｔａを、後述する第２面リフローにおける最高加熱温度Ｔｂよりも高く設定すると、第１面リフロー時の加熱によって、基板１内に含まれている水分や有機ガスを、極力基板表面から放出できるので好ましい。この場合、最高加熱温度Ｔａは２３０℃〜２４０℃程度となる。なお、第１面リフロー時は、電子部品５の下面にはガスが通過する空間があるので、樹脂接着材内部のボイドに起因する実装不具合は生じない。
【００１７】
この第１面１ａへの実装に引き続き、第２面１ｂを対象とした実装が行われる。すなわち、図２（ａ）に示すように、第２面１ｂの電極３の周囲には、半田接合用ペーストである樹脂接着材６がディスペンサ７によって電極３を覆って供給される（第２ペースト供給工程）。樹脂接着材６は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を主成分とする基剤に、酸化膜除去能力を有する活性成分を含有させることにより、電子部品の下面を封止して補強する接着機能に加えて、半田接合時に半田表面の酸化膜を除去して半田接合性を向上させるフラックスとしての機能を兼ねさせたものである。この樹脂接着材６は、含有する活性成分によって半田バンプ表面の酸化膜を除去することから別途フラックスを塗布する必要がなく、フラックスを用いた従来方法において必要とされたリフロー後の洗浄工程を省略できるという利点を有している。
【００１８】
ここでは、基剤の熱硬化温度として、実装に使用される半田の融点温度よりも高い熱硬化温度を有するものを用いている。なお、本実施の形態でいう熱硬化温度とは、樹脂材料の硬化反応の測定に使用される示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により求められた温度である。すなわち、１０ｍｇの試料を昇温レートが１０℃／分の条件で加熱する過程において得られる熱量と温度との関係を、縦軸に熱量、横軸に温度をとってプロットしてグラフ化すると山形の曲線が形成される。そしてこの山形の曲線の高温側の斜面における変曲点から接線を引き、この接線が横軸が交わる温度を求めて熱硬化温度とする。
【００１９】
次いで図２（ｃ）に示すように、樹脂接着材供給後の第２面１ｂには、下面に接続用電極としての半田バンプ９が設けられた電子部品８が搭載され（第２搭載工程）、これにより半田バンプ９は樹脂接着材６を介して電極３上に着地する。この際、電子部品８の下面は樹脂接着材６によりほぼ完全に充填される。そしてこの後、基板１は第２面１ｂを対象とした第２面リフローのためにリフロー工程に送られ、ここで所定の加熱プロファイルにしたがって加熱される（第２加熱工程）。
【００２０】
この第２面リフローにおける加熱プロファイルは、図３に示すように第１面リフローとほぼ同様であり、温度が上昇して半田融点温度Ｔ２を超えることにより、半田バンプ９が溶融しこの溶融半田を介して端子５ａが電極３と半田接合される。ここでは半田バンプ９が、電子部品８を基板１と接続する接続用電極であるとともに、この接続用電極に供給される接合用半田部とを兼ねたものとなっている。この半田接合において、電極３の表面に第１リフロー時の加熱によって酸化膜が生成されている場合においても、樹脂接着材６中の活性成分によって酸化膜が除去され、良好な半田接合性が確保される。
【００２１】
この後、加熱温度はさらに上昇し、熱硬化温度Ｔ３よりも高く耐熱温度Ｔ４よりも低い温度に設定される最高加熱温度Ｔｂに到達する。そして所定時間この温度を保持した後、温度は徐々に下降する。ここで最高加熱温度Ｔｂは、前述のように第１面リフローにおける最高加熱温度Ｔａよりも低くなっている。
【００２２】
またこの加熱により、樹脂接着材６の熱硬化反応が並行して進行するが、樹脂接着材６の熱硬化温度Ｔ３は、半田バンプ９の半田融点温度Ｔ２よりも高いことから、半田バンプ９が溶融した溶融半田が電極２の表面を濡らす際には樹脂接着材６はまだ熱硬化を開始していない状態にある。したがって樹脂接着材６中における溶融半田の流動が確保され、半田バンプ９と電極３とのセルフアライメントが阻害されることがない。
【００２３】
そして溶融半田が電極３と接合された後、加熱が継続されて温度が上昇する。次いで熱硬化温度Ｔ３を超えて最高加熱温度Ｔｂまで昇温し、この温度が所定時間保持された後に降温過程に移行する。この加熱過程において、温度が熱硬化温度Ｔ３以上に保持される時間ｔの間、樹脂接着材６の熱硬化が急速に進行する。これにより、第２面１ｂへの電子部品５の実装が終了する。
【００２４】
上記第２面リフローにおいて、上述のように既に第１面リフローによって高温で加熱されていることから、基板１の内部に含有されていた有機成分や水分は大部分が加熱によりガス化して表面から放出されており、樹脂接着材６中にこれらのガスが閉じこめられることによるボイドの発生が少ない。またボイドが発生した場合にあっても、樹脂接着材６がこの後さらに高温に加熱されることがないことから、ボイドが再加熱されることによって発生する不具合、例えば、ボイド中のガスが再加熱によって膨張することによる樹脂の剥離や、ボイドが接合部に近接して生じている場合に接合部の半田が再加熱時に溶融してこのボイド内に流入する結果生じる接合部の導通不良などの発生がない。
【００２５】
上記実施の形態に示す実装基板の製造方法は、生産においては次に示すような２通りの態様で適用される。第１の態様は、両面に電子部品が実装される実装基板の設計段階において、実装対象となる電子部品への前述の樹脂接着材４の適用可否を考慮した上で、電子部品の第１面、第２面への振り分けを決定するものである。
【００２６】
すなわち、基板の第１面と第１面の裏側の第２面にそれぞれ電子部品が実装された実装基板を製造する実装基板を設計する際には、部品実装工程において後に実装対象となる第２面を、前述の樹脂接着材６を含む半田接合用ペーストが供給される第２ペースト供給面として予め設定する。そして、基板設計時の電子部品配置において、熱硬化性樹脂を用いた実装方式が適用される電子部品を優先的に第２面に配置する。基板設計時にこのような方針で電子部品配置を行うことにより、後に実装対象となる第２面に樹脂接着材６を用いる電子部品が集中して配置される。したがって使用された樹脂接着材６が２回の熱硬化過程を経る事態が発生しない。
【００２７】
これに対し、基板設計過程において上述のような考慮がなされていない基板については、以下のような取り扱いがなされる。まず、両面実装基板の電子部品配置が提示されたならば、基板の表裏各面にそれぞれ実装される電子部品の種類と数量を対比する。そして樹脂接着材６を用いた実装方式が適用可能な電子部品の割合が多い方の面を、部品実装工程において後に実装対象となる第２面に設定し、このような電子部品には樹脂接着材６を用いた実装方式を適用する。
【００２８】
そして第２面のその他の電子部品および第１面の電子部品には全てクリーム半田を用いた実装方法など、樹脂接着材６を用いない実装方法を適用する。これにより、後に実装対象となる第２面にのみ、樹脂接着材６を用いる電子部品が配置され、したがって使用された樹脂接着材６が２回の熱硬化過程を経る事態が発生しない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、後に実装対象となる第２面のみに半田の酸化膜を除去する活性作用を有し熱硬化性樹脂を種類として含む半田接合用ペーストを供給し、この半田接合用ペーストの加熱を、第２面を対象とする第２加熱工程の１回のみに限定するようにしたので、樹脂接着材内部のボイドに起因して生じる実装不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の実装基板の製造方法の工程説明図
【図２】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
【図３】本発明の一実施の形態の実装基板の製造方法におけるリフロー工程の温度プロファイルを示すグラフ
【符号の説明】
１  基板
１ａ  第１面
１ｂ  第２面
２、３  電極
４  クリーム半田
５  電子部品
５ａ  端子
６  樹脂接着材
８  電子部品
９  半田バンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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