(57)【要約】【課題】薄型で低剛性の電子部品および基板を対象とする場合にあっても、反り変形に起因する不具合を低減することができる電子部品実装構造体および電子部品実装構造体の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】電子部品３に形成された複数のバンプを前記バンプと半田により形成された接合部によって、基板２に形成された複数の電極２ｂに接合して電子部品実装構造体１を製造するに際し、硬化温度が半田の融点よりも低い熱硬化性樹脂が電子部品３と基板２の間で硬化した熱硬化物によって電子部品３と基板２とを固着する固着部としての外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂを形成し、この固着部において熱硬化物を最近傍の前記接合部と接触させるようにする。これにより、固着部によって電子部品と基板とを安定して固着保持することができる。【選択図】図１
2016009735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品に形成された複数のバンプを前記バンプと半田により形成された接合部によって、基板に形成された複数の電極に接合して成る電子部品実装構造体であって、
硬化温度が前記半田の融点よりも低い熱硬化性樹脂が電子部品と基板の間で硬化した熱硬化物によって形成され、前記電子部品と基板とを固着する固着部を備え、
前記固着部において、前記熱硬化物は最近傍の前記接合部と接触していることを特徴とする電子部品実装構造体。
【請求項２】
前記熱硬化性樹脂は、活性剤を含むことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装構造体。
【請求項３】
電子部品に形成された複数のバンプを前記バンプと半田により形成された接合部によって、基板に形成された複数の電極に接合して成る電子部品実装構造体の製造方法であって、
前記電極にペースト状の半田を供給する半田ペースト供給工程と、
前記基板の部品実装面に硬化温度が前記半田の融点よりも低い熱硬化性樹脂を供給する樹脂供給工程と、
前記熱硬化性樹脂に電子部品を接触させながら前記複数のバンプを対応する前記電極に供給された半田ペーストに着地させて前記基板に搭載する搭載工程と、
前記搭載工程後の基板を前記半田の融点より低い温度で加熱して、電子部品と基板の間の熱硬化性樹脂を熱硬化させ、得られる熱硬化物により前記電子部品を基板に固着させる固着部を形成する熱硬化工程と、
前記基板をさらに加熱して前記半田を溶融させてバンプと電極とを半田接合する溶融工程と、
前記基板を冷却して溶融した前記半田を固化させる冷却工程とを含み、
前記樹脂供給工程における樹脂の供給が、前記冷却工程が終了した時点で前記熱硬化物が最近傍の前記接合部と接触するようになされることを特徴とする電子部品実装構造体の製造方法。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂は、活性剤を含むことを特徴とする請求項３記載の電子部品実装構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＢＧＡパッケージなど複数のバンプが形成された電子部品を基板に実装してなる電子部品実装構造体およびこの電子部品実装構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置などの電子部品の実装形態として、電子部品の主面に形成された複数のバンプを基板に形成された電極にはんだ接合することにより基板に接続する形態が広く用いられている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術では、ＢＧＡ型半導体装置を基板に実装する構成において、ＢＧＡ型半導体装置の外縁部の４角位置を接着剤を介して基板に接合するようにしている。これにより、リフロー時の加熱処理により発生するＢＧＡ型半導体装置の反り変形を矯正する効果を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１２４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで電子機器製造分野では、スマートフォンに代表される携帯型機器などの小形化、薄型に伴い、これらの機器に搭載される電子部品の省スペース化、コンパクト化の要請が高まっている。この要請において、特に電子部品の薄型化が従来と比較して格段に重要となっている。このため、電子部品、基板ともに薄型・低剛性化が進み、電子部品と基板とのはんだ接合時の熱過程における位置ずれや上下方向（厚み方向）の反り変形が生じ易くなっている。この結果として、電子部品のバンプが基板の電極に正常に接触せずに浮き上がった状態となる半田オープンや、逆にバンプが過剰に基板に対して押しつけられることにより隣接する電極相互がはんだで繋がるブリッジなど、反り変形に起因する不具合が多発するようになっている。しかしながら上述の先行技術を含め、従来技術ではこのような極めて薄型で撓みやすい電子部品を対象として反り変形を有効に防止することが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、薄型で低剛性の電子部品および基板を対象とする場合にあっても、反り変形に起因する不具合を低減することができる電子部品実装構造体および電子部品実装構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電子部品実装構造体は、電子部品に形成された複数のバンプを前記バンプと半田により形成された接合部によって、基板に形成された複数の電極に接合して成る電子部品実装構造体であって、硬化温度が前記半田の融点よりも低い熱硬化性樹脂が電子部品と基板の間で硬化した熱硬化物によって形成され、前記電子部品と基板とを固着する固着部を備え、前記固着部において、前記熱硬化物は最近傍の前記接合部と接触している。
【０００７】
本発明の電子部品実装構造体の製造方法は、電子部品に形成された複数のバンプを前記バンプと半田により形成された接合部によって、基板に形成された複数の電極に接合して成る電子部品実装構造体の製造方法であって、前記電極にペースト状の半田を供給する半田ペースト供給工程と、前記基板の部品実装面に硬化温度が前記半田の融点よりも低い熱硬化性樹脂を供給する樹脂供給工程と、前記熱硬化性樹脂に電子部品を接触させながら前記複数のバンプを対応する前記電極に供給された半田ペーストに着地させて前記基板に搭載する搭載工程と、前記搭載工程後の基板を前記半田の融点より低い温度で加熱して、電子部品と基板の間の熱硬化性樹脂を熱硬化させ、得られる熱硬化物により前記電子部品を基板に固着させる固着部を形成する熱硬化工程と、前記基板をさらに加熱して前記半田を溶融させてバンプと電極とを半田接合する溶融工程と、前記基板を冷却して溶融した前記半田を固化させる冷却工程とを含み、前記樹脂供給工程における樹脂の供給が、前記冷却工程が終了した時点で前記熱硬化物が最近傍の前記接合部と接触するようになされる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、薄型で低剛性の電子部品および基板を対象とする場合にあっても、反り変形に起因する不具合を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装構造体の構成説明図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装構造体の製造方法の工程説明図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装構造体の製造方法の工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装構造体の製造方法における加熱過程の加熱プロファイルを示すグラフ
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装構造体の断面図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装構造体の製造方法の工程説明図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品実装構造体の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、電子部品実装構造体１の構成を説明する。なお図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面、すなわち電子部品３の平面形状における対角線方向の断面を示している。図１に示すように、基板２の部品実装面２ａには複数の電極２ｂが形成されている。電子部品３は、矩形状の本体部３ａの下面３ｂに基板２における電極２ｂの配置に対応してバンプ４＊（図２参照）を形成した構成となっている。
【００１１】
電子部品３を基板２に実装した電子部品実装構造体１では、バンプ４＊が電極２ｂに半田接合されたバンプ接合部４が形成される。すなわち、電子部品実装構造体１は、電子部品３に形成された複数のバンプ４＊をバンプ４＊と半田により形成された接合部（バンプ接合部４）によって、基板２に形成された複数の電極２ｂに接合して成る。ここに示す例では、電子部品実装構造体１は携帯用機器などに用いられる薄型パッケージであり、使用される基板２、電子部品３はいずれも薄型・低剛性の特性を有している。
【００１２】
電子部品実装構造体１において、基板２の部品実装面２ａと電子部品３の下面３ｂとの間の複数位置には、基板２と電子部品３とを固着する固着部としての外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂが形成されている。外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂは、いずれも硬化温度が半田の融点よりも低い熱硬化性樹脂が電子部品３と基板２の間で硬化した熱硬化物によって形成されている。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂などが用いられる。なお、本実施の形態における熱硬化性樹脂の硬化温度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で得られる温度と熱流との関係を示す曲線のピーク温度として求められる。
【００１３】
ここで本体部３ａは、バンプ４＊が形成された領域であるバンプ形成領域Ｒ１と、バンプ形成領域Ｒ１の外側の領域である外縁領域Ｒ２に区分されており、外縁固着部５ａの形成位置は外縁領域Ｒ２に、バンプ固着部５ｂの形成位置はバンプ形成領域Ｒ１にそれぞれ対応している。すなわち、外縁固着部５ａは本体部３ａにおいて相対向する２つの対角位置に形成されており、バンプ固着部５ｂはバンプ形成領域Ｒ１において中心に位置するバンプ４＊を取り囲む複数位置（ここでは４カ所）に設定されている。
【００１４】
上述構成の電子部品実装構造体１では、外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂのうち、バンプ形成領域Ｒ１内に形成されたバンプ固着部５ｂにおいて、熱硬化性樹脂の熱硬化物は周囲の最近傍に位置するバンプ接合部４と接触している。すなわち、本実施の形態では、固着部のうち、少なくともバンプ形成領域Ｒ１に設定されたバンプ固着部５ｂにおいて、熱硬化性樹脂の熱硬化物は最近傍のバンプ接合部４と接触している。
【００１５】
ここでバンプ固着部５ｂを形成する熱硬化性樹脂には、ジフェニルグアニジンを含むグアニジン系活性剤が含有されている。この活性剤の作用により、部品搭載後の加熱過程における熱硬化性樹脂の硬化による固着効果が促進されるとともに、バンプ固着部５ｂ中の活性剤が周囲のバンプ接合部４の金属表面と接触することにより固着性がさらに向上するという効果を得る。
次に電子部品実装構造体１を製造する電子部品実装構造体の製造方法について、図２〜図４を参照して説明する。まず図２（ａ）に示すように、電極２ｂにはクリーム半田などのペースト状の半田（半田ペースト６）がスクリーン印刷などによって供給される（半田ペースト供給工程）。
【００１６】
次いで図２（ｂ）に示すように、基板２の部品実装面２ａに熱硬化性樹脂５ａ＊、５ｂ＊が供給される（樹脂供給工程）。ここで、熱硬化性樹脂５ａ＊、５ｂ＊の硬化温度は、半田ペースト６に含まれる半田およびバンプ４＊を構成する半田の融点よりも低く設定されており、次工程の加熱過程では、半田ペースト６およびバンプ４＊の半田溶融に先立って熱硬化性樹脂５ａ＊、５ｂ＊の硬化が進行するようになっている。
【００１７】
本実施の形態では、図１に示す外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂの位置に応じて、熱硬化性樹脂５ａ＊は外縁領域樹脂供給位置Ｐ１に、熱硬化性樹脂５ｂ＊はバンプ領域樹脂供給位置Ｐ２に、それぞれディスペンサなどの塗布手段により供給される。この樹脂供給工程における樹脂の供給は、前述の電子部品実装構造体１において、すなわち半田接合の冷却工程が終了した時点で、これらの樹脂が熱硬化した熱硬化物が最近傍のバンプ接合部４と接触するように、塗布位置、塗布量が設定される。
【００１８】
次に樹脂供給後の基板２を対象として、電子部品３が搭載される（搭載工程）。ここではまず図２（ｃ）に示すように、各バンプ４＊を電極２ｂに位置合わせして電子部品３を基板２に対して下降させる。次いで図２（ｄ）に示すように、熱硬化性樹脂５ａ＊、５ｂ＊に電子部品３の本体部３ａを接触させながら、複数のバンプ４＊をそれぞれ対応する電極２ｂに供給された半田ペースト６に着地させて、基板２に搭載する。
【００１９】
この後、搭載工程後の基板２はリフロー装置に送られ、図４に示す加熱プロファイルにしたがって加熱される。リフロー装置では、まず予備加熱にて熱硬化性樹脂５ａ＊、５ｂ＊の硬化温度より高い温度であってはんだ融点よりも低い温度まで加熱される。これにより、図３（ａ）に示すように、熱硬化性樹脂５ａ＊、５ｂ＊の熱硬化が進行して、これらの熱硬化物より成る外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂが形成される。
【００２０】
すなわち、搭載工程後の基板２を半田の融点より低い温度で加熱して、電子部品３と基板２の間の熱硬化性樹脂５ａ＊、５ｂ＊を熱硬化させ、得られる熱硬化物により電子部品３を基板２に固着させる外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂを形成する（熱硬化工程）。なお、一般に熱硬化性樹脂を完全に硬化させるためには、硬化温度より高い温度で所定の時間加熱する必要があるが、本発明における熱硬化工程においては、必ずしも熱硬化性樹脂を完全に硬化させる必要はなく、加熱時間を短めにした場合に得られる半硬化状態であってもよい。
【００２１】
引き続き本加熱が行われる。すなわち基板２をさらに加熱してはんだ融点よりも高い温度まで昇温させ、図３（ｂ）に示すように、バンプ４＊や半田ペースト６に含有された半田成分を溶融させて溶融状態のバンプ接合部４を形成する（溶融工程）。次いで基板２を加熱ゾーンから搬出し、基板２を冷却して溶融状態のバンプ接合部４を固化させる（冷却工程）。これにより図３（ｃ）に示すように、電子部品３に形成されたバンプ４＊と基板２の電極２ｂとを半田接合するバンプ接合部４が形成される。この状態において、熱硬化性樹脂５ｂ＊が熱硬化して得られた熱硬化物は、最近傍のバンプ接合部４を囲んで接触した形態となっている。これにより、熱硬化性樹脂５ｂ＊は電子部品３の下面３ｂのみならずバンプ接合部４とも固着された状態となり、電子部品３を基板２に固着する固着保持力が向上している。
【００２２】
上述の熱硬化工程における外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂの作用・機能について説明する。前述のように、電子部品実装構造体１に使用される基板２、電子部品３はいずれも薄型・低剛性であり、熱変形により容易に撓みを生じ易いという特性を有している。このため部品搭載後の加熱過程において、基板２や電子部品３の本体部３ａが反り変形を生じ、この反り変形に起因する不具合が多発するようになっている。このような薄型・低剛性の基板２、電子部品３を使用する場合においても、本実施の形態では本加熱におけるバンプ４＊の半田接合に先立って熱硬化性樹脂５ａ＊、５ｂ＊が予備加熱により熱硬化することから、外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂが本体部３ａを基板２に固定保持する効果により、反り変形を有効に防止することが可能となっている。
【００２３】
図５は、このような反り変形が最も顕著に生じる２つの例を示している。すなわち、図５（ａ）は、本体部３ａが上反り傾向、基板２が下反り傾向の特性を有するような場合にあって電子部品実装構造体１の両端に反り変形に起因する接合不良が生じ易い例を示している。このような場合にあっても、基板２と本体部３ａとは中央近傍においてバンプ固着部５ｂによって固着保持され、両端部において外縁固着部５ａによって固着保持されていることから、端部においてバンプ４＊と電極２ｂとの間に隙間が発生する半田オープンや、中央近傍においてバンプ４＊が過剰に基板に対して押しつけられることにより隣接する電極２ｂ同士が半田で繋がるブリッジなど、反り変形に起因する不具合が生じることがない。
【００２４】
また図５（ｂ）は、本体部３ａが下反り傾向、基板２が上反り傾向の特性を有するような場合にあって、電子部品実装構造体１の中央部に反り変形に起因する接合不良が生じ易い例を示している。このような場合にあっても、上述例と同様に、基板２と本体部３ａとは外縁固着部５ａ、バンプ固着部５ｂによって固着保持されていることから、反り変形に起因する不具合が生じることがない。
【００２５】
なお上記実施の形態では、電子部品３と基板２とを固着する固着部として、バンプ形成領域Ｒ１内にバンプ固着部５ｂを、外縁領域Ｒ２の対角位置にバンプ固着部５ｂを配置した例を示したが、このような機能を有する固着部を配置する位置としては上述例に限定されるものではなく、対象とする電子部品３と基板２の形状・サイズに応じて、任意に設定可能である。
【００２６】
図６は、このような固着部の配置例を示している。ここに示す配置例では、部品実装面２ａにおいて図１に示すバンプ形成領域Ｒ１に相当する範囲全面を、基板２と電子部品３とを固定する固着部７としている。すなわちまず図６（ａ）に示すように、図２（ａ）に示す半田ペースト供給工程後の基板２を対象として、半田ペースト６を覆って熱硬化性樹脂５ｂ＊と同様の熱硬化性樹脂７＊を塗布する。次に樹脂供給後の基板２を対象として、電子部品３が搭載される。ここではまず図６（ｂ）に示すように、各バンプ４＊を電極２ｂに位置合わせして電子部品３を基板２に対して下降させる。次いで図６（ｃ）に示すように、熱硬化性樹脂７＊に電子部品３の本体部３ａを接触させる。これととともに、複数のバンプ４＊を熱硬化性樹脂７＊を押しのけながら下降させ、それぞれ対応する電極２ｂに供給された半田ペースト６に着地させて、基板２に搭載する。
【００２７】
この後、電子部品３搭載後の基板２は加熱過程に送られ、図４に示す加熱プロファイルにしたがって加熱される。ここではまず予備加熱にて熱硬化性樹脂７＊の熱硬化が進行し、この熱硬化物によって固着部７が形成され、電子部品３は基板２によってほぼ全面にわたって固着保持される。次いで本加熱が行われ、バンプ４＊および半田ペースト６中の半田が溶融して電極２ｂと半田接合されてバンプ接合部４が形成される。ここに示す例では、熱硬化性樹脂７＊を全面塗布するという簡便な工程で、強固な固着効果が得られる。
【００２８】
また上述の実施の形態では、半田により形成されたバンプ４＊を半田ペースト６を介して電極２ｂに接合してバンプ接合部４を形成する例を示したが、バンプ４＊の材質としては半田には限定されず、金（Ａｕ）等の半田より融点の高い金属を用いてもよく、さらに半田ペースト６中の半田より高い融点の半田金属であってもよい。バンプ接合部４が半田接合される際には、あらかじめ電極２ｂに供給される半田ペースト６に含まれる半田が接合形成に寄与するが、バンプ４＊の材質が半田の場合は、バンプ４＊を構成する半田も接合形成に寄与する。
【００２９】
図７は、本実施の形態の電子部品実装構造体１におけるバンプ接合部４の形状例を示している。すなわちバンプ４＊が半田ペースト６に含まれる半田と融点が近い半田の場合、バンプ接合部４の形状は図１（ｂ）に示すような樽型や、図７（ａ）に示すような糸巻型となる。一方、バンプ４＊がＡｕ等の半田より融点の高い金属や半田ペースト６より高い融点の半田金属の場合、バンプ接合部４の形状は図７（ｂ）に示すような、バンプ４＊と電極２ｂの間を埋めるように半田ペースト６に含まれる半田６ａが濡れ拡がった裾引き形状となる。
【００３０】
上記説明したように、本実施の形態においては、電子部品に形成された複数のバンプを前記バンプと半田により形成された接合部によって、基板に形成された複数の電極に接合して電子部品実装構造体を製造するに際し、硬化温度が半田の融点よりも低い熱硬化性樹脂が電子部品と基板の間で硬化した熱硬化物によって電子部品と基板とを固着する固着部を形成し、この固着部において熱硬化物を最近傍の接合部と接触させるようにしている。これにより、固着部によって電子部品と基板とを安定して固着保持することができ、薄型で低剛性の電子部品および基板を対象とする場合にあっても、反り変形に起因する不具合を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の電子部品実装構造体および電子部品実装構造体の製造方法は、薄型で低剛性の電子部品および基板を対象とする場合にあっても、反り変形に起因する不具合を低減することができるという効果を有し、薄型基板に半導体素子を実装した半導体装置などを製造する分野において有用である。
【符号の説明】
【００３２】
１  電子部品実装構造体
２  基板
２ａ  部品実装面
２ｂ  電極
３  電子部品
３ａ  本体部
４＊  バンプ
４  バンプ接合部
５ａ  外縁固着部
５ｂ  バンプ固着部
５ａ＊、５ｂ＊  熱硬化性樹脂
６  半田ペースト
Ｒ１  バンプ形成領域
Ｒ２  外縁領域
Ｐ１  外縁領域樹脂供給位置
Ｐ２  バンプ領域樹脂供給位置
【図１】
2016009735.tif 000003
【図２】
2016009735.tif 000004
【図３】
2016009735.tif 000005
【図４】
2016009735.tif 000006
【図５】
2016009735.tif 000007
【図６】
2016009735.tif 000008
【図７】
2016009735.tif 000009