(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品と基板の電極の少なくともいずれか一方に半田部を形成しておき、この半田部を介して電子部品を基板に接合する電子部品の実装方法であって、基板の電極上またはこの電極上に形成された半田部上に、半田融点温度より高い融点温度を有する硬化剤を含むボンドを塗布する工程と、前記電子部品を保持した圧着ツールを昇降手段により昇降させて前記ボンドが塗布された基板に前記電子部品を搭載する工程と、この電子部品を押圧手段によって基板に押圧しながら加熱手段によって加熱することにより前記ボンドを硬化させる工程と、前記ボンドが硬化を開始する前に前記半田部を溶融させて前記電子部品を前記基板に半田付けする工程とを含み、前記電子部品を加熱する工程において前記半田部の温度が制御切換温度範囲に到達するまでは、前記押圧手段を制御することにより電子部品を基板に押圧する押圧荷重を制御し、制御切換温度範囲に到達した後は前記昇降手段を制御することにより電子部品の基板に対する高さ位置を制御することを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記半田部の温度が前記制御切換温度範囲に到達するのに必要な時間を実験値に基づいて設定しておき、前記電子部品を加熱する工程においてこの設定された時間に基づいて制御方式を切り換え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。
【請求項３】
前記制御切換温度範囲が前記半田部の融点温度の６０％に設定される設定温度と半田融点温度の間であ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。
【請求項４】
前記制御切換温度範囲に到達したことを圧着ツールに設けられた温度計測手段によって検出す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。
【請求項５】
前記制御切換温度範囲が前記半田部の融点温度であることを特徴とする請求項４記載の電子部品の実装方法。
【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する電子部品の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する方法として、電子部品または基板の電極に予め半田バンプやプリコート半田などの半田部を形成する方法が知られている。実装時に加熱されることによりこれらの半田部が溶融し、電子部品を基板の電極に半田付けする。また、電子部品と基板の隙間はアンダーフィル樹脂で封止され、アンダーフィル樹脂は半田接合部を包み込んで補強するとともに異物の侵入を防ぐ機能を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記アンダーフィル樹脂は、電子部品の搭載前に基板に塗布される場合がある。電子部品の小型化によって電子部品と基板の隙間は狭くなり、実装後のアンダーフィル樹脂の注入が困難になっていることなどの理由によるものである。この場合には、半田部を溶融させるための加熱と、アンダーフィル樹脂を熱硬化させるための加熱が同一の加熱工程で行われる。
【０００４】
半田部が溶融して電極に半田付けされた後の形状は、ヒートサイクルによる熱応力に対する強度の面から、半田が被接合面のできるだけ広い範囲に拡がった形状となるのが望ましい。しかしながらアンダーフィル樹脂を予め基板上に塗布する従来の方法では、半田部とアンダーフィル樹脂とが同時に加熱されるため、半田部の溶融時には周囲のアンダーフィル樹脂の硬化が既に開始していた。このため硬化によって粘度が上昇したアンダーフィル樹脂は、溶融半田が被接合面に沿って拡がるのを阻害し、その結果前述の望ましい形状の接合部が得られず形状不良を発生する場合があった。このように、従来の電子部品の実装方法では、接合部の形状不良により接合部の強度が確保されず、接合部の信頼性が低下するという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、接合部の信頼性が高い電子部品の実装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記載の電子部品の実装方法は、電子部品と基板の電極の少なくともいずれか一方に半田部を形成しておき、この半田部を介して電子部品を基板に接合する電子部品の実装方法であって、基板の電極上またはこの電極上に形成された半田部上に、半田融点温度より高い融点温度を有する硬化剤を含むボンドを塗布する工程と、前記電子部品を保持した圧着ツールを昇降手段により昇降させて前記ボンドが塗布された基板に前記電子部品を搭載する工程と、この電子部品を押圧手段によって基板に押圧しながら加熱手段によって加熱することにより前記ボンドを硬化させる工程と、前記ボンドが硬化を開始する前に前記半田部を溶融させて前記電子部品を前記基板に半田付けする工程とを含み、前記電子部品を加熱する工程において前記半田部の温度が制御切換温度範囲に到達するまでは、前記押圧手段を制御することにより電子部品を基板に押圧する押圧荷重を制御し、制御切換温度範囲に到達した後は前記昇降手段を制御することにより電子部品の基板に対する高さ位置を制御するようにした。
【０００７】
請求項２記載の電子部品の実装方法は、前記半田部の温度が前記制御切換温度範囲に到達するのに必要な時間を実験値に基づいて設定しておき、前記電子部品を加熱する工程においてこの設定された時間に基づいて制御方式を切り換えるようにした。
【０００８】
請求項３記載の電子部品の実装方法は、請求項１記載の電子部品の実装方法であって、前記制御切換温度範囲が前記半田部の融点温度の６０％に設定される設定温度と半田融点温度の間であるようにした。
【０００９】
請求項４記載の電子部品の実装方法は、請求項１記載の電子部品の実装方法であって、前記制御切換温度範囲に到達したことを圧着ツールに設けられた温度計測手段によって検出するようにした。
【００１０】
請求項５記載の電子部品の実装方法は、請求項４記載の電子部品の実装方法であって、前記制御切換温度範囲が前記半田部の融点温度であるようにした。
【００１１】
各請求項記載の発明によれば、半田融点温度より高い融点温度を有する硬化剤を含むボンドをバンプ付電子部品の搭載前に基板に塗布し、半田バンプが溶融した後にボンドの硬化を開始させ、かつ半田バンプの溶融後はバンプ付電子部品を保持する高さ位置を制御することにより、溶融半田の電極上面での流動が阻害されず、良好な形状の接合部を得ることができる。
【００１２】
【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（ａ），（ｂ）、図２（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図、図３（ａ）は同バンプ付電子部品の実装方法の加熱温度の時間的変化を示すグラフ、図３（ｂ）は同バンプ付電子部品の実装方法のバンプ付き電子部品の高さ位置および押圧荷重の時間的変化を示すグラフ、図３（ｃ）は同バンプ付電子部品の実装方法のボンドの粘度の時間的変化を示すグラフである。なお図１（ａ），（ｂ）、図２（ａ），（ｂ）はバンプ付電子部品の実装方法を工程順に示すものである。
【００１３】
図１（ａ）において、基板１上には電極２が形成されている。この電極２上を覆って基板１上にディスペンサ３によりボンド４が塗布される。ボンド４は半田の融点温度より高い融点温度を有する硬化剤を含む熱硬化性の接着材である。次に、このボンド４が塗布された基板１に半田バンプ６が形成されたバンプ付電子部品５が搭載される。
【００１４】
バンプ付電子部品５は図１（ｂ）に示すように、圧着ツール７に吸着して保持されており、圧着ツール７は昇降手段８により昇降する。また圧着ツール７は押圧手段９により下方に押圧され、圧着ツール７の下面に保持したバンプ付電子部品５の半田バンプ６を基板１の電極２に押圧する。これにより、半田バンプ６の表面に形成された酸化膜は破壊され、半田の露出部が形成される。
【００１５】
昇降手段８および押圧手段９は制御部１０に接続されており、制御部１０によって昇降手段８および押圧手段９を制御することにより、バンプ付電子部品５を基板１に実装する際のバンプ付電子部品５の高さ位置、および半田バンプ６が電極２を押圧する押圧荷重を制御することができる。なお、昇降手段８および押圧手段９としては、送りねじとモータの組み合わせなどを用いることにより、単一の駆動機構によって昇降手段８および押圧手段９を兼ねさせてもよい。
【００１６】
次に、バンプ付電子部品５の半田バンプ６が電極２に当接したならば、図２（ａ）に示すように押圧手段９を制御して圧着ツール７を介してバンプ付電子部品５を基板１に対して押圧するとともに、圧着ツール７に内蔵された加熱手段１１によりバンプ付電子部品５を加熱する。また圧着ツール７には温度計測手段が設けられており、求められた圧着ツール７の温度は制御部１０に伝えられ、制御部１０は所定の温度プロファイルに従って加熱手段１１を制御する。
【００１７】
このときの加熱温度、バンプ付電子部品５の押圧荷重および高さ位置、ボンド４の粘度のそれぞれの変化の状態について図３を参照して説明する。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）において、タイミングｔ０はバンプ付電子部品５のバンプ６を基板１に当接させて押圧を開始したタイミングを示している。加熱温度は図３（ａ）の折れ線ａで示すように、加熱開始タイミングｔ０から上昇し、予熱温度として設定される所定温度Ｔ１に到達した後、所定時間の間ほぼ一定温度に維持される。この一定温度を保つ時間は、ボンド４の粘度の低下を確保するための加熱工程である。
【００１８】
このとき、図３（ｂ）に示すように電子部品５を基板１に押圧する押圧荷重は、押圧手段９を制御することにより折れ線ｂ１に示すように一定荷重値Ｆに保持される。そして押圧を継続している間バンプ付電子部品５の高さ位置は、折れ線ｂ２（破線で示す）に示すように時間の経過とともに半田が押圧されて変形することによりわずかづつ下降する。この過程でバンプ６の高さのばらつきが吸収され、全てのバンプが電極の上面に押圧される。
【００１９】
その結果、バンプ６と電極２の接合面積を十分に確保することができ、信頼性の高い接合部を得ることができる。このとき、加熱によって半田が軟化するため低荷重で半田を変形させることができ、バンプ付電子部品５に高荷重を負荷することによる破損などのトラブルを防止することができる。また、この加熱工程においてボンド４の粘度は図３（ｃ）のグラフｃに示すように加熱の進行につれて低下する。
【００２０】
次に図３（ａ）に示すタイミングｔｃ、すなわち半田融点温度Ｔｍ（１８４℃）の６０％に設定された設定温度と半田融点温度Ｔｍの間の制御切換温度範囲（図中斜線範囲）に到達するために必要な時間として予め実験によって設定される制御切換時間に到達するタイミングにて、図３（ｂ）に示すように圧着ツール７の制御方式が切換えられる。すなわち、タイミングｔｃになったならば、押圧荷重の制御から昇降手段８による圧着ツール７の高さ位置制御に切換えられ、その結果バンプ付電子部品５の基板１に対する高さは、図２（ｂ）に示すように高さｈに保持される。
【００２１】
この制御温度切換範囲の具体例としては、Ｓｎ中にＰｂを３７％含ませた一般的な半田（融点温度１８４℃）では、１１０℃〜１８４℃、またＳｎ中にＡｇを３．５％含ませた高融点型の半田（融点温度２２１℃）では、１３３℃〜２２１℃の範囲となる。このように制御切換温度範囲を広く取っているのは、加熱工程では加熱条件に影響する要因が多く、実際の昇温速度のばらつきが避けられないからである。
【００２２】
この後図３（ａ）に示すように加熱温度は上昇し、タイミングｔｍにて半田融点温度Ｔｍに到達して半田バンプ６は溶融する。そして溶融した半田は電極２の上面と半田接合される。このとき、半田バンプ６の周囲はボンド４が充填されて無酸素状態となっているため、半田バンプ６を電極に押圧する際に露出した半田は再び酸化されることはなく、良好な半田接合が行われる。また、半田接合に際しフラックスを使用しないので、半田接合後の洗浄を必要としない。
【００２３】
この過程では、バンプ付電子部品５の高さは昇降手段８によってｈに保たれているため、溶融した半田バンプ６が押しつぶされることがない。またボンド４に含まれる硬化剤の融点温度は半田の融点温度Ｔｍ以上であるため、半田の溶融時点ではまだボンド４は熱硬化を開始していない。このため溶融半田の周囲のボンド４は低粘度であり、溶融半田の電極２上面での流動を妨げない。したがって溶融半田は電極２の上面に沿って濡れ拡がり、図２（ｂ）に示すように、底面が広く鼓状断面を有する強度の優れた良好な接合部を得ることができる。
【００２４】
この後、所定の加熱温度Ｔ２を所定時間保持することによりボンド４は完全硬化して接合部を固定し、バンプ付電子部品５の実装が完了する。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、半田バンプの温度が予め設定された制御切換温度範囲内に到達するのに必要な時間を実験結果に基づいて設定し、加熱工程においてこの時間に基づいて制御方式を切り換えるようにしているが、圧着ツール７の温度を温度センサなどの温度計測手段によって求め、この検出温度が制御温度切換範囲としての半田融点温度Ｔｍに到達したならば、制御方式を押圧荷重の制御から電子部品５の高さ位置の制御に切り換えるようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、半田融点温度より高い融点温度を有する硬化剤を含むボンドをバンプ付電子部品の搭載前に基板に塗布し、半田バンプが溶融した後にボンドの硬化を開始させ、かつ半田バンプの溶融後はバンプ付電子部品を保持する高さ位置を制御するようにしたので、溶融半田の流動が阻害されず、良好な形状の接合部を得ることができる。また半田接合に際してフラックスを使用する必要がなく、実装後の洗浄を必要とせずに信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
（ｂ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
【図２】（ａ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
（ｂ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品の実装方法の加熱温度の時間的変化を示すグラフ
（ｂ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品の実装方法のバンプ付き電子部品の高さ位置および押圧荷重の時間的変化を示すグラフ
（ｃ）本発明の一実施の形態のバンプ付電子部品の実装方法のボンドの粘度の時間的変化を示すグラフ
【符号の説明】
１  基板
２  電極
４  ボンド
５  バンプ付電子部品
６  半田バンプ
７  圧着ツール
８  昇降手段
９  押圧手段
１０  制御部
【図１】
0003539176.tif 000002
【図２】
0003539176.tif 000003
【図３】
0003539176.tif 000004