(57)【要約】　　　（修正有）【課題】活性作用を有する樹脂接着材を用いて行われる実装基板の製造において、樹脂完全硬化のための後キュア工程を省略またはキュア時間を短縮して、生産性を向上させることができる実装基板の製造方法を提供する。【解決手段】基板１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において、活性作用を有し半田融点温度Ｔ２よりも高い熱硬化温度Ｔ３の熱硬化性樹脂を含む半田接合用ペースト４を先に実装対象となる第１面に限定して用いる。これにより、この半田接合用ペースト４の熱硬化を、第１面を対象とする第１リフロー時（時間ｔａ）と第２面を対象とする第２リフロー時（時間ｔｂ）の２回にわたって行うことができ、熱硬化を極力促進して後キュア工程を省略またはキュア時間を短縮することができる。【選択図】　図２
2004047773.tif 000002
【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、熱硬化性樹脂を含む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もしくは前記第１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１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まない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前記第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を第２電極に半田接合するとともに前記第１面の熱硬化性樹脂の熱硬化を再開させる第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】
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１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１面に配置することを特徴とする実装基板の製造方法。
【請求項３】
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、前記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先に実装対象となる第１面に設定することを特徴とする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過程においては、次のような不都合が生じる場合があった。前述のように塗布された樹脂接着材は、半田接合のためのリフロー時の加熱によって熱硬化させるようになっているが、一般に半田接合のための加熱プロファイルにおいて樹脂が熱硬化温度以上に保持される時間と、樹脂を完全に熱硬化させるために必要な熱硬化時間とは符合せず、リフロー時の加熱時間は樹脂の完全硬化には時間的に不十分な場合が多い。このため、従来は樹脂硬化を完了させることを目的としたキュア工程をリフロー後に別途設けることが多かった。そしてこのキュア工程においては、長時間の加熱を必要としていた。
【０００４】
そこで本発明は、樹脂接着材を用いて行われる実装基板の製造において、樹脂完全硬化のための後キュア工程を省略またはキュア時間を短縮して、生産性を向上させ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。
【０００５】
【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、熱硬化性樹脂を含む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もしくは前記第１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１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まない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前記第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を第２電極に半田接合するとともに前記第１面の熱硬化性樹脂の熱硬化を再開させる第２加熱工程とを含む。
【０００６】
請求項２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１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１面に配置する。
【０００７】
請求項３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、前記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先に実装対象となる第１面に設定する。
【０００８】
本発明によれば、先に実装対象となる第１面のみに熱硬化性樹脂を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熱硬化を、第１面を対象とする第１加熱工程と第２面を対象とする第２加熱工程の２回にわたって行うことにより、熱硬化を極力促進して後キュア工程を省略またはキュア時間を短縮することができる。
【０００９】
【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。
【００１０】
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。
【００１１】
図１（ｂ）に示すように、第１面１ａの電極２の周囲には、半田接合用ペーストである樹脂接着材４がディスペンサ５によって電極２を覆って供給される（第１ペースト供給工程）。樹脂接着材４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４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。
【００１２】
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。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。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。
【００１３】
次いで図１（ｃ）に示すように、ペースト供給後の第１面１ａには、下面に接続用電極としての半田バンプ７が設けられた電子部品６が搭載され（第１搭載工程）、これにより半田バンプ７は樹脂接着材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１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）。
【００１４】
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は上述の半田融点温度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、半田バンプ７が溶融し電極２の上面と半田接合される。ここでは半田バンプ７は、電子部品６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を兼ねたものとなっている。なお接合用半田部として半田バンプ７を用いる替わりに、電極２に予めプリコート半田を形成し、このプリコート半田によって半田接合を行うようにしてもよい。
【００１５】
この半田接合において、半田バンプ７の表面に生成した酸化膜は酸化膜除去能力を有する樹脂接着材４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。またこの加熱により、樹脂接着材４の熱硬化反応が並行して進行するが、樹脂接着材４の熱硬化温度Ｔ３は、半田バンプ７の半田融点温度Ｔ２よりも高いことから、半田バンプ７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４はまだ急速な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剤４は未硬化で硬化が不完全な状態であり、樹脂接着材４中における溶融半田の流動が確保され、半田バンプ７と電極２とのセルフアライメントが阻害されることがない。
【００１６】
そして溶融半田が電極２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を超えて耐熱温度Ｔ４（約２５０℃）よりも低く設定される最高加熱温度Ｔａ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し、これにより、第１面１ａへの電子部品６の実装が終了する。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ｔａの間、樹脂接着材４の熱硬化が急速に進行する。この時間ｔａは一般に生産タクトタイムの制約から樹脂接着材４の完全硬化に要する時間よりも短く設定され、したがって第１面への実装完了時点では、樹脂接着材４は熱硬化反応が完全に終了していない半硬化状態にある。
【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に形成された第２電極である電極３上には、半田接合用ペーストであるクリーム半田８が印刷により供給される（第２ペースト供給工程）。クリーム半田８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、樹脂接着材４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。
【００１８】
次いで図２（ｂ）に示すように、ペースト供給後の第２面１ｂには、両端部に接続用電極としての端子９ａが設けられた電子部品９が搭載され（第２搭載工程）、これにより端子９ａがクリーム半田８を介して電極３上に着地する。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）。
【００１９】
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、クリーム半田８中の半田成分が溶融しこの溶融半田を介して端子９ａが電極３と半田接合される。ここではクリーム半田８中の半田成分が、電極３に供給される接合用半田部となっている。
【００２０】
またこの加熱により、第１面１ａに既に実装された電子部品６と基板１との間の樹脂接着材４も同時に加熱され、温度が上昇して熱硬化温度Ｔ３に到達することにより、一端中断された樹脂接着材４の急速な熱硬化が再開される。そしてＴａと同様に設定される最高加熱温度Ｔｂまで昇温した後、熱硬化温度Ｔ３に降温するまでの時間ｔｂの間、樹脂接着材４の熱硬化が急速に進行する。
【００２１】
すなわち樹脂接着材４は、第１面１ａを対象としたリフロー時の熱硬化のための時間ｔａに加えて、第２面１ｂを対象としたリフロー時においても、上述の時間ｔｂの間は熱硬化温度Ｔ３以上に保持される。したがって、熱硬化温度Ｔ３が半田融点温度よりも高い熱硬化性樹脂を用いた電子部品の実装を両面実装基板に適用する場合において、熱硬化性樹脂を用いた実装を先に実装対象となる第１面１ａに適用することにより、生産タクトの制約から加熱プロファイルにおいて十分な熱硬化時間を確保することが困難な場合にあっても、第１面１ａ、第２面１ｂを対象としたリフロー過程において極力長い硬化時間を通算して確保することができる。
【００２２】
このため、従来は半田接合のためのリフロー工程を終了した後に別途必要とされた樹脂硬化のための後キュア工程を省略、もしくはキュア時間を短縮することが可能となっている。また、第１面リフローにおいて電極２上面の半田濡れ状態が不十分で接合不良が発生している場合にあっても、この状態では樹脂接着材４が完全に硬化してなく活性力が残留していることから、第２面リフロー時の加熱において接合部の半田が再溶融し、良好な半田接合が行われる。
【００２３】
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。
【００２４】
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先に実装対象となる第１面を、前述の樹脂接着材４を含む半田接合用ペーストが供給される第１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１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、先に実装対象となる第１面に樹脂接着材４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４は必ず２回の熱硬化過程を経ることになる。
【００２５】
これに対し、基板設計段階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４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先に実装対象となる第１面に設定し、このような電子部品には樹脂接着材４を用いた実装方式を適用する。そして第１面のその他の電子部品および第２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４を用いない実装方法を適用する。これにより、先に実装対象となる第１面にのみ、樹脂接着材４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４は必ず２回の熱硬化過程を経る。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、先に実装対象となる第１面のみに熱硬化性樹脂を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熱硬化を、第１面を対象とする第１加熱工程と第２面を対象とする第２加熱工程の２回にわたって行うようにしたので、熱硬化を極力促進して後キュア工程を省略またはキュア時間を短縮することができる。
【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加熱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　樹脂接着材
６　電子部品
７　半田バンプ
８　クリーム半田
９　電子部品
９ａ　端子
【図１】
2004047773.tif 000003
【図２】
2004047773.tif 000004
【図３】
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