JP3890814B2

JP3890814B2 - 電子部品の実装方法

Info

Publication number: JP3890814B2
Application number: JP14532999A
Authority: JP
Inventors: 友幸平松
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: JP2000332167A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にはんだバンプを介して電子部品を搭載する電子部品の実装方法に関し、特に、基板と電子部品との間に、はんだ接合部の強度を向上させるための樹脂材を配置するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、はんだボールを有するＣＳＰ（チップサイズパッケージ）や半導体素子等の電子部品を、基板（例えばプリント配線基板等）上に搭載する実装構造においては、はんだ接合部の耐落下衝撃性や耐熱疲労性の改善のために、熱硬化性の樹脂材であるアンダーフィル材をはんだの周りに充填させ、はんだ接合強度を向上させていた（例えば、特開平７−６６３２６号公報）。
【０００３】
一般に、このアンダーフィル材の充填方法は、電子部品と基板の一面（例えば電極部）とをはんだ接合した後に、電子部品と基板との間に、液状の熱硬化性樹脂を注入、充填し、熱硬化させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記充填方法では、注入、充填、熱硬化という各工程を行うための注入機や恒温槽が必要となり、且つ、熱硬化させるために、ワークを高温で長時間（例えば、１２０℃、２時間程度）、恒温槽に放置する必要があった。
【０００５】
このため、アンダーフィル材の充填に関わる製造コストが増大するとともに、基板上に他部品（ＬＥＤ、アルミ電解コンデンサ等）が実装されている場合、上記の高温・長時間の熱処理において、耐熱性の弱い他部品の品質が劣化（熱劣化）するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑み、基板上にはんだバンプを介して電子部品を搭載するとともに、基板と電子部品との間に樹脂材を配置するようにした電子部品の実装方法において、該樹脂材の充填・硬化に関わる製造コストの低減及び他部品の熱劣化防止を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ところで、この種の実装方法において、はんだバンプのリフロー工程は必然的に行われるが、その加熱時間は、上記した従来の樹脂材の硬化時間に比べて非常に短時間（例えば数分程度）である。本発明は、このリフローによる加熱を利用することで、基板と電子部品との間に配置される樹脂材の熱硬化を、該リフローと同時に行うようにすれば良いのではないかという着想点に基づいてなされたものである。
【０００８】
即ち、請求項１記載の発明では、一面側に突出して形成されたはんだバンプ（１）を有する電子部品（２）を、はんだバンプを介して基板（３）の一面上に搭載する工程（Ｓ２）を行った後、基板の一面上における電子部品の端部に、硬化温度がはんだバンプの溶融温度以上である液状の熱硬化性樹脂（４）を注入する工程（Ｓ３）を行い、この後、電子部品を搭載した基板をリフロー炉に投入し、リフロー炉内において、電子部品の一面と基板の一面との間に熱硬化性樹脂をはんだバンプの溶融温度未満の温度にて充填する工程（Ｓ４）と、この後、はんだバンプの溶融温度以上に加熱することにより、はんだバンプを溶融させて基板の一面に接合するとともに、液状の熱硬化性樹脂を硬化させる工程（Ｓ５）と、を行うことを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、はんだバンプ（１）の溶融・接合工程（Ｓ５）において、液状の熱硬化性樹脂（４）を同時に熱硬化させることができるため、はんだリフローに用いる装置により、樹脂の熱硬化が完了する。また、はんだリフローの加熱は、上述のように、従来の樹脂の熱硬化時間に比べて短時間であるため、基板（３）上に他部品が実装されている場合、該他部品の熱劣化を防止できる。
【００１０】
ここで、本発明のはんだバンプの溶融・接合工程においては、溶融したはんだバンプ（１）と液状の熱硬化性樹脂（４）とが一時的に共存した状態となるが、濡れ性や粘性の相違から、両者が混ざり合うことはない。
【００１１】
よって、本発明によれば、樹脂材の充填・硬化に関わる製造コストの低減及び他部品の熱劣化防止を実現する電子部品の実装方法を提供することができる。
【００１２】
また、接続後のはんだ部分の熱疲労寿命を向上させるためには、硬化後の熱硬化性樹脂（４）がはんだの熱膨張係数に近いことが好ましく、そのようなものとしては、ナフタレン型エポキシ樹脂またはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に、酸無水物系硬化剤を含有させたものが挙げられる。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電子部品の実装方法を示す工程図であり、実装される基板面と直交する方向の概略断面を示す。図１において、（ａ）〜（ｄ）は、最終的に図１（ｅ）に示す実装構造を作るための実装工程の途中状態を示すものである。
【００１５】
図１（ｅ）に示す実装構造は、一面側に突出して形成されたはんだバンプ１を有するＣＳＰ（本発明でいう電子部品）２を、はんだバンプ１を介してプリント配線基板（本発明でいう基板、以下、単に基板という）３の一面側に形成された電極部３ａ上に電気的に接続したものである。なお、図中の符号２ａは、はんだバンプ１と導通するＣＳＰ２の電極部である。
【００１６】
ここで、詳しく図示しないが、ＣＳＰ２は、通常知られているもの、例えば樹脂によってインターポーザ表面に搭載された半導体チップを内包したパッケージであって、インターポーザ裏面においてスルーホール等によって上記半導体チップと導通する上記電極部２ａ上に、例えばＳｎ／Ｐｂ等のはんだ材料よりなるはんだバンプ１をアレイ状に配置したものを採用できる。
【００１７】
また、基板３及びその電極部３ａについても、通常用いられるものを採用でき、例えば、基板３としては、樹脂よりなるプリント配線基板の他にもセラミック配線基板等を採用でき、電極部３ａとしては、金属めっき材料、導体厚膜及び金属（銅等）箔等を採用できる。
【００１８】
そして、該実装構造においては、ＣＳＰ２の一面と基板３の一面との間において、はんだバンプ１以外の部分を埋めるように、硬化されたアンダーフィル材（本発明でいう熱硬化性樹脂）４が充填されている。このアンダーフィル材４は、はんだの熱膨張係数（例えば２６ｐｐｍ／℃）とほぼ等しく、弾性率が３４００ＭＰａ以上の物性を有する熱硬化性樹脂よりなり、ガラスフィラー入りエポキシ樹脂等が該当する。
【００１９】
また、このアンダーフィル材４のエポキシ樹脂としては、約６０〜７０℃（アンダーフィル材充填温度）で、最も低粘度（５００ｍＰａ・ｓ程度）となり、且つ、後述のリフロープロファイルによる加熱工程（例えば４〜８分）においてはんだバンプ１の溶融温度以上で硬化する特性を有するもの、例えば、酸無水物系硬化材を使ったナフタレン型エポキシ樹脂やビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等を使用することができる。
【００２０】
次に、かかる図１（ｅ）に示す実装構造を実現する実装方法について工程順に説明していく。
【００２１】
まず、図１（ａ）に示す工程では、基板３の一面側に形成された電極部３ａ上に、はんだ印刷機（図示せず）を使って、はんだペースト５を印刷し、転写する（はんだペースト印刷工程Ｓ１）。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示す工程では、はんだバンプ１が一面側に形成されたＣＳＰ２を用意する。このはんだバンプ１は基板３の電極部３ａに対応して形成されている。そして、部品装着マウンタ（図示せず）を用いて、このマウンタの吸着ノズル６にＣＳＰ２の他面側を吸着固定する。次に、吸着されたＣＳＰ２の一面側と基板３の一面側とを対向させ、はんだバンプ１と電極部３ａとが接するように、ＣＳＰ２を基板３の一面上にマウント（搭載）する（電子部品搭載工程Ｓ２）。
【００２３】
次に、図１（ｃ）に示す工程では、アンダーフィル注入用のディスペンサ７により、基板３の一面上におけるＣＳＰ２の端部に、液状のアンダーフィル材４を注入する（アンダーフィル材注入工程Ｓ３）。
【００２４】
次に、図１（ｄ）に示す工程では、ＣＳＰ２をマウントした基板３を、はんだリフロー用のリフロー炉に投入し、図２に示す様な温度条件（リフロープロファイル）により、アンダーフィル材４の充填及びはんだ付けを行う。
【００２５】
図２に示すリフロープロファイルにおいて、約６０℃で所定時間（例えば数十秒）一定とする領域Ｐ１は、アンダーフィル材４をＣＳＰ２と基板３との間に充填させるための領域（アンダーフィル材充填領域）であり、約１５０℃で所定時間（例えば百秒程度）一定とする領域Ｐ２は、予熱領域であり、１８３℃以上で所定時間（例えば百秒程度）維持する領域Ｐ３は、本加熱領域である。また、図２中の点Ｔ１は、はんだ溶融点（はんだバンプ１の溶融温度）、点Ｔ２は、はんだ凝固点である。
【００２６】
まず、アンダーフィル材充填領域Ｐ１では、アンダーフィル材４が最も低粘度となるため、毛細管現象により、ＣＳＰ２と基板３との間にほぼ完全に充填する（アンダーフィル材充填工程Ｓ４）。このとき、はんだペースト５の粘度は、１８００００ｍＰａ・ｓ程度であるため、液状のアンダーフィル材４によってはんだペースト５が押し流されることはない。なお、この領域Ｐ１は、例えば６０〜７０℃で、２０〜６０秒程度とできる。
【００２７】
そして、アンダーフィル材充填領域Ｐ１から炉内温度を上昇させ、予熱領域Ｐ２に入る。ここで、領域Ｐ１からいきなり本加熱領域Ｐ３に入ると、基板や各部品が熱衝撃を受け、品質劣化を生じる。予熱領域Ｐ２は、このような熱衝撃を防止するために設けられたものである。そして、さらに炉内温度を上昇させ、予熱領域Ｐ２から、はんだのリフロー工程に相当する本加熱領域Ｐ３に入る。
【００２８】
はんだ溶融点Ｔ１を越えて、本加熱領域Ｐ３に入ると、はんだペースト５とはんだバンプ１とが溶融する。その後、炉内温度を降下させ、冷却領域に入り、はんだ凝固点Ｔ２に達すると、はんだ接合が完了する。
【００２９】
また、本加熱領域Ｐ３においては、はんだ溶融点Ｔ３を過ぎたところで、アンダーフィル材４が硬化する。ここで、アンダーフィル材４の硬化完了は、はんだ溶融点Ｔ３を過ぎたところであれば、セルフアライメントが保証されるため、本加熱領域Ｐ３のどの時点でも構わない。
【００３０】
ここで、本加熱領域Ｐ３がはんだの溶融・接合及びアンダーフィル材の硬化を行う工程（溶融・接合及び硬化工程Ｓ５）となる。この工程Ｓ５中、溶融したはんだバンプ１と液状のアンダーフィル材４とが一時的に共存した状態となるが、樹脂と金属との濡れ性や粘性の相違から、両者が混ざり合うことはない。
【００３１】
こうして、上記の各工程Ｓ１〜Ｓ５を経て、図１（ｅ）に示す実装構造が出来上がる。
【００３２】
ところで、本実施形態によれば、溶融・接合及び硬化工程Ｓ５において、液状のアンダーフィル材４を同時に熱硬化させることができるため、はんだリフロー用のリフロー炉を用いて、アンダーフィル材４の熱硬化を完了させることができる。
【００３３】
また、上記リフロープロファイルによる加熱時間は例えば４〜８分であり、さらにはんだリフローの加熱（本加熱領域Ｐ３）は例えば１００秒程度であり、従来の樹脂の熱硬化時間（約２時間）に比べて短時間の加熱で済むため、基板３上にＣＳＰ２以外の他部品が実装されている場合、該他部品の熱劣化を防止できる。
【００３４】
よって、本実施形態によれば、アンダーフィル材の充填・硬化に関わる製造コストの低減及び他部品の熱劣化防止を実現する電子部品の実装方法を提供することができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、アンダーフィル材４として、はんだの熱膨張係数に近い材料を選定しているため、実装構造において、はんだ部の熱疲労寿命を向上させることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、一面側に突出して形成されたはんだバンプ１を有するＣＳＰ２を、はんだバンプ１と基板３の電極部３ａとがはんだペースト５を介して接するように、基板３の一面上に搭載した後に、両部材２、３間に液状のアンダーフィル材４を注入するから、はんだバンプ１とはんだペースト５と基板３の電極部３ａとの間に、アンダーフィル材４が入り込むことが殆ど無く、確実な接続が得られる。
【００３７】
なお、他部品の搭載は、リフロー炉に投入する前のいつの時点でも良い。例えば、ＣＳＰ２を搭載する前に基板１に実装されていても良いし、ＣＳＰ２の搭載工程Ｓ２中に行っても良いし、ＣＳＰ２の搭載後に行っても良い。
【００３８】
また、電子部品としては、ＣＳＰ以外にも、一面側に突出して形成されたはんだバンプを有するものであれば何でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電子部品の実装方法を示す工程図である。
【図２】上記実装方法におけるリフロープロファイルを示す図である。
【符号の説明】
１…はんだバンプ、２…ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）、
３…プリント配線基板、４…アンダーフィル材、Ｓ２…電子部品搭載工程、
Ｓ３…アンダーフィル材注入工程、Ｓ４…アンダーフィル材充填工程、
Ｓ５…溶融・接合及び硬化工程。

Claims

一面側に突出して形成されたはんだバンプ（１）を有する電子部品（２）を、前記はんだバンプを介して基板（３）の一面上に搭載する工程（Ｓ２）を行った後、
前記基板の前記一面上における前記電子部品の端部に、硬化温度が前記はんだバンプの溶融温度以上である液状の熱硬化性樹脂（４）を注入する工程（Ｓ３）を行い、
この後、前記電子部品を搭載した前記基板をリフロー炉に投入し、前記リフロー炉内において、
前記電子部品の前記一面と前記基板の前記一面との間に前記熱硬化性樹脂を前記はんだバンプの溶融温度未満の温度にて充填する工程（Ｓ４）と、
この後、前記はんだバンプの溶融温度以上に加熱することにより、前記はんだバンプを溶融させて前記基板の前記一面に接合するとともに、前記液状の熱硬化性樹脂を硬化させる工程（Ｓ５）と、を行うことを特徴とする電子部品の実装方法。
前記熱硬化性樹脂（４）として、ナフタレン型エポキシ樹脂またはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に、酸無水物系硬化剤を含有させたものを用いることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。