(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに形成された電極に電子部品に形成された半田を接合する半田接合方法であって、前記電極または前記半田に、半田の酸化膜を除去する活性作用を有し、半田の溶融温度よりも高い硬化開始温度の熱硬化性樹脂を塗布する工程と、前記熱硬化性樹脂の塗布後に前記電子部品を保持する圧着ツールを下降させることにより前記半田を前記電極に搭載する工程と、加熱によって前記半田を溶融させ、次いで加熱温度を更に上昇させて前記熱硬化性樹脂を熱硬化させる工程とを含み、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂に、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する硬化剤と、非結晶系のロジンおよび有機酸より成る活性剤とを含有して成ることを特徴とする半田接合方法。
【請求項２】
前記半田が電子部品に形成された半田バンプであることを特徴とする請求項１記載の半田接合方法。
【請求項３】
前記半田が複数の半田ボールであることを特徴とする請求項１記載の半田接合方法。
【請求項４】
ワークに形成された電極に半田を接合するための半田接合用の熱硬化性樹脂であって、エポキシ樹脂に、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する硬化剤と、非結晶系のロジンおよび有機酸より成る活性剤とを含有して、半田の酸化膜を除去する活性作用を有することを特徴とする半田接合用の熱硬化性樹脂。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂には溶剤が含まれていないことを特徴とする請求項４記載の半田接合用の熱硬化性樹脂。
【請求項６】
ワークに形成された電極に電子部品に形成された半田バンプを接合する半田接合方法であって、前記電極または前記半田に、半田の酸化膜を除去する活性作用を有し、半田の溶融温度よりも高い硬化開始温度の第１のボンドを塗布する工程と、前記第１のボンドの塗布後に前記電子部品を保持する圧着ツールを下降させることにより前記半田バンプを前記電極に位置合わせして電子部品を基板に搭載する工程と、電子部品の周囲の基板上に半田の溶融温度よりも高い融点温度の硬化剤を含む第２のボンドを塗布する工程と、加熱によって前記第２のボンドの粘度を低下させて、この第２のボンドを電子部品と基板の間に浸透させ、その後前記半田を溶融させ次いで前記第１のボンド及び第２のボンドを熱硬化させる工程を含むことを特徴とする半田接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品に形成された半田バンプ、プリコート半田または半田ボールなどの半田をワークの電極に半田接合する半田接合方法および半田接合用の熱硬化性樹脂に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品や基板などのワークの電極に接合対象物を接合する方法として半田接合が多用される。この半田接合において、基板の電極に電子部品を実装する場合には、電子部品に予め半田部としての半田バンプやプリコート半田を形成する方法が知られており、また電子部品に半田バンプやプリコート半田を形成する方法としては半田ボールを電子部品の電極に半田接合する方法が用いられる。これらの方法は、いずれも半田部としての半田バンプ、プリコート半田または半田ボールを電極に半田接合するプロセスを含んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来半田を電極に接合する際には、半田接合性を向上させるためにフラックスが用いられ、半田接合後には接合部の信頼性向上のためフラックスの残渣の除去を目的とする洗浄を行う必要があった。しかしながら洗浄工程は、有機溶剤の使用規制や電子部品の小型化により複雑化し、高コストを要するものとなって来ている。そしてこの洗浄工程が半田接合を用いる工法での低コスト化を阻害する１つの要因となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、低コストで半田接合後の信頼性を確保することができる半田接合方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半田接合方法は、ワークに形成された電極に電子部品に形成された半田を接合する半田接合方法であって、前記電極または前記半田に、半田の酸化膜を除去する活性作用を有し、半田の溶融温度よりも高い硬化開始温度の熱硬化性樹脂を塗布する工程と、前記熱硬化性樹脂の塗布後に前記電子部品を保持する圧着ツールを下降させることにより前記半田を前記電極に搭載する工程と、加熱によって前記半田を溶融させ、次いで加熱温度を更に上昇させて前記熱硬化性樹脂を熱硬化させる工程とを含み、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂に、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する硬化剤と、非結晶系のロジンおよび有機酸より成る活性剤とを含有して成る。
【０００７】
請求項４記載の半田接合用の熱硬化性樹脂は、ワークに形成された電極に半田を接合するための半田接合用の熱硬化性樹脂であって、エポキシ樹脂に、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する硬化剤と、非結晶系のロジンおよび有機酸より成る活性剤とを含有して半田の酸化膜を除去する活性作用を有する。
請求項６の半田接合方法は、ワークに形成された電極に電子部品に形成された半田バンプを接合する半田接合方法であって、前記電極または前記半田に、半田の酸化膜を除去する活性作用を有し、半田の溶融温度よりも高い硬化開始温度の第１のボンドを塗布する工程と、前記第１のボンドの塗布後に前記電子部品を保持する圧着ツールを下降させることにより前記半田バンプを前記電極に位置合わせして電子部品を基板に搭載する工程と、電子部品の周囲の基板上に半田の溶融温度よりも高い融点温度の硬化剤を含む第２のボンドを塗布する工程と、加熱によって前記第２のボンドの粘度を低下させて、この第２のボンドを電子部品と基板の間に浸透させ、その後前記半田を溶融させ次いで前記第１のボンド及び第２のボンドを熱硬化させる工程を含む。
【０００８】
各請求項記載の発明によれば、半田接合される電極または半田に、半田の酸化膜を除去する活性作用を有し、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する熱硬化性樹脂を塗布することにより、フラックスを使用せずに信頼性に優れた半田接合を低コストで行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）、図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態１のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図、図３は同バンプ付電子部品の実装方法の加熱プロファイルである。図１（ａ），（ｂ），（ｃ）、図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）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。
【００１０】
図１（ａ）において、バンプ付電子部品１は半田バンプ２を有しており、バンプ付電子部品１は圧着ツール３によって保持されている。圧着ツール３の下方にはボンド槽４が配置されており、ボンド槽４の底面には第１のボンド５がスキージ６により塗布されている。
【００１１】
ここで第１のボンド５について説明する。第１のボンド５は、樹脂封止に用いられるエポキシ樹脂に、半田接合時の接合性を向上させるために用いられるフラックスの機能を併せて備えるようにしたものである。第１のボンド５の組成の例としては、エポキシ樹脂（約４０％）、非結晶系のロジン（約４０％）、ジカルボン酸などの有機酸よりなる活性剤兼硬化剤（約１０％）および硬化剤（約１０％）となっている。ここで、硬化剤の融点温度、第１のボンド５の硬化開始温度は２００±５℃であり、半田の融点温度より高いものとなっている。
【００１２】
圧着ツール３を下降させてバンプ付電子部品１の半田バンプ２をボンド槽４の底面に当接させた後に圧着ツール３を上昇させると、図１（ｂ）に示すように半田バンプ２の下端部に第１のボンド５が転写により塗布される。第１のボンド５を塗布する方法としては、転写以外にもディスペンサによる吐出、スクリーンマスクによる印刷などの方法を用いることもできる。
【００１３】
次いで圧着ツール３を移動させ基板７上に位置させて、バンプ付電子部品１の半田バンプ２を基板７の電極８に位置合せする。その後圧着ツール３を下降させることにより、図１（ｃ）に示すようにバンプ付電子部品１を基板７に搭載する。
【００１４】
この後、図２（ａ）に示すように、第２のボンド９をディスペンサ１０により基板７の上面の電子部品１の周囲に塗布して供給する。第２のボンド９はエポキシ樹脂を主成分としており、硬化後は封止樹脂の一部を構成する。第２のボンド９は、第１のボンド５と同様に半田の融点温度より高い融点温度の硬化剤を含んでいる。この第２のボンド９は、バンプ付電子部品１と基板２の間の隙間に充填されるものであり、ディスペンサ１０によって塗布される際にも出来るだけ隙間の内部に侵入しやすいようバンプ付き電子部品１に接近して塗布される。
【００１５】
この後基板７はリフロー炉に送られ、全体が加熱される。ここで図３を参照してリフロー加熱時の温度の変化について説明する。図３の範囲Ａに示すように、リフロー工程では、加熱を開始してから温度が上昇して半田の融点温度以下に設定された所定温度に到達すると、この所定温度が保持される。これによりバンプ付電子部品１の周囲に供給された第２のボンド９の粘度が低下し、表面張力によりバンプ付電子部品１と基板７の間の隙間に浸透する。この結果、図２（ｂ）に示すようにバンプ付電子部品１と基板７の間の隙間は、第２のボンド９によって充填される。
【００１６】
この後、図３の範囲Ｂに示すように、加熱温度を半田の融点温度（１８３℃）以上に上昇させる。これにより、半田バンプ２が溶融し、溶融半田２’は基板７の電極８に半田付けされる。このとき、半田バンプ２の下端部には、ロジンや活性剤を含有する第１のボンド５が塗布されているので、半田バンプ２の表面の酸化膜は還元され良好な半田付けを行うことができる。また、第１のボンドには溶剤が含まれていないので、半田接合部周囲での加熱による溶剤の発泡が発生せず、発泡による接合不良が生じない。
【００１７】
この後、加熱温度は図３の範囲Ｃに示すように更に上昇し、第１のボンド５、第２のボンド９の硬化開始温度より高くなる。これにより第１のボンド５、第２のボンド９は熱硬化を開始し、所定時間加熱を継続することにより第１のボンド５、第２のボンド９は硬化して接合部を固定し、バンプ付電子部品１の実装が完了する。
【００１８】
ここで、半田バンプ２の電極８への半田付け後には第１のボンド５は第２のボンド９と混ざり合い、第１のボンド５中のロジンや活性剤などの活性成分は第２のボンド９のエポキシ樹脂中に取り込まれることにより活性を失い、電極７や基板１上面の配線回路面を腐食する作用を失う。したがって、通常のフラックスを使用する場合に半田付け後に行われる洗浄を必要とせずに、実装後の信頼性を確保することができる。
【００１９】
また加熱工程として、半田付けと、アンダーフィル樹脂としての第１のボンド５、第２のボンド９の熱硬化を同一のリフロー工程で行うようにしているので、実装工程を簡略化することができる。さらにリフロー炉による加熱を用いることにより、多数の電子部品を一括して実装することができ、圧着ツールなどによる各電子部品個別の実装方法と比較して、実装時の生産効率を格段に向上させることができる。
【００２０】
なお上記実施例では、バンプ付電子部品１の搭載後に第２のボンド９を供給するようにしているが、予め基板７上に第２のボンド９を供給した後にバンプ付き電子部品１を搭載するようにしてもよい。
【００２１】
（実施の形態２）
図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態２の半田接合方法の工程説明図である。本実施の形態２は、半田部としての半田ボールをワークとしての基板の電極に半田接合するものである。
【００２２】
まず図４（ａ）において、吸着ヘッド１１には半田ボール１２が真空吸着により保持されている。半田ボール１２の下端部には、実施の形態１において図１（ａ）に示す方法と同様に、第１のボンド５が転写により塗布される。塗布の方法として、転写以外にもディスペンサによる吐出、スクリーンマスクによる印刷などの方法を用いることができる点、および第１のボンド５の成分構成についても実施の形態１と同様である。
【００２３】
次に、図４（ａ）に示すように吸着ヘッド１１を電極１４が設けられた基板１３上に位置させ、半田ボール１２を電極１４に位置合せした後に吸着ヘッド１１を下降させる。図４（ｂ）は、このようにして半田ボール１２を電極１４に搭載した状態を示している。このとき、半田ボール１２に塗布された第１のボンド５は、搭載時に電極１４の周囲にもはみ出し、電極１４の側面も含めて半田ボール１２と電極１４の当接部全体を包み込んでいる。
【００２４】
次に基板１３は加熱工程に送られ、ここで半田の融点温度以上に加熱される。これにより半田ボール１２が溶融し、溶融半田は電極１４に溶着して図４（ｃ）に示すように半田バンプ１２’が形成される。このとき、第１のボンド５中のロジンや活性剤により良好な半田付けが行われる点は実施の形態１と同様である。この後、加熱温度は実施の形態１と同様に図３の範囲Ｃに示す温度まで上昇し、これにより図４（ｄ）に示すように第１のボンド５は熱硬化を開始し、完全硬化することにより接合部を固定するとともに、電極１４全体を包み込んで半田バンプ１２’との接合部を有効に補強する。
【００２５】
ここで、第１のボンド５中の活性成分の大部分は、半田ボール１２や電極１４の酸化膜を還元することでその活性作用を失い、残りの活性成分も第１のボンド５中のエポキシ樹脂中に固定されることにより外部に溶出することがなく、したがって接合後に活性成分によって電極１４が腐食されることがない。なお、第１のボンド５中に銀などの導電材を混入させることにより、半田ボール１２が電極１４と完全に接触していなくても、導電材を介して電極１４と半田ボール１２との導通が確保されることとなり、更に接合部の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、半田接合される電極または半田部に、半田の酸化膜を除去する活性作用を有し、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する熱硬化性樹脂を塗布するようにしたので、フラックスを使用せずに信頼性に優れた半田接合を行うことができる。また半田接合後の洗浄工程を必要としないため、半田接合の低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
（ｂ）本発明の実施の形態１のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
（ｃ）本発明の実施の形態１のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
（ｂ）本発明の実施の形態１のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
（ｃ）本発明の実施の形態１のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
（ｄ）本発明の実施の形態１のバンプ付電子部品の実装方法の工程説明図
【図３】本発明の実施の形態１のバンプ付電子部品の実装方法の加熱プロファイルを示す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２の半田接合方法の工程説明図
（ｂ）本発明の実施の形態２の半田接合方法の工程説明図
（ｃ）本発明の実施の形態２の半田接合方法の工程説明図
（ｄ）本発明の実施の形態２の半田接合方法の工程説明図
【符号の説明】
１  バンプ付電子部品
２  バンプ
５  第１のボンド
７  基板
９  第２のボンド
１２  半田ボール
１２’  半田バンプ
１３  基板
１４  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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