JP4381795B2 - 電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品裏面に電極を有する電子部品、例えば、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）、チップサイズパッケージ（以下ＣＳＰという）等の接合面にバンプを有する電子部品を電子回路基板に実装する際の実装方法に関するものである。

近年、ＢＧＡ，ＣＳＰ等のバンプを有する半導体パッケージ部品の実装においては電子部品サイズが微小化するとともに、より高密度な実装が求めれられており、また、隣接するバンプ間ピッチも狭隣接傾向にあり、従来のクリームはんだ印刷方式による実装方法においてはブリッジ（ショート）等の問題から印刷工程においてその印刷条件が制約されている。また、このようなバンプを有する半導体パッケージ部品の実装方法においては接合強度を補強する目的から半導体パッケージ部品裏面と電子回路基板との間に生じた隙間に絶縁性の樹脂であるアンダーフィルを塗布する工程を有し、隙間箇所を充填している。

このように接合強度補強を目的としてアンダーフィルを用いた電子部品の実装方法は従来より知られており、例えば特許文献１，特許文献２，特許文献３に記載されている。

以下、従来の電子部品、例えばＢＧＡ，ＣＳｐ等のバンプを有する半導体パッケージ部品の実装方法について図面を参照しながら説明する。図４は従来の電子部品実装方法を適用し得る装置の概要を実装部品と共に示した一部を断面とする側面図、図５は図４に示す装置により電子部品実装を行う場合の工程図、図６は一般的な半導体パッケージ部品の構成を示し、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は正面図、図６（ｃ）は下面図である。

図４において、１は電子回路基板であり、主にガラエポキシやセラミック等の材料で製造されたものであり、その表面対向位置には、ＢＧＡ，ＣＳＰ等のバンプを有する半導体パッケージ部品２と電子回路基板１を電気的に接合するための電極パッド３が配置されている。電極パッド３上にはクリームはんだ４が印刷され、半導体パッケージ部品２やその他電子部品５が実装されることになる。７はアンダーフィル８を塗布する塗布ユニットであり、アンダーフィル８は塗布ノズル９を介して供給される。１０は吸着ノズルで、半導体パッケージ部品２を吸着してクリームはんだ４上に実装するためのものである。

一方、半導体パッケージ部品２は、図６に示すように接続端子をパッケージ下面に有するエリアアレイ型の構造をしており、電極パッド３に印刷されたクリームはんだ４上に実装される部分にははんだや金材料から成るバンプ６が形成され、格子状に配列されている。従って、半導体パッケージ部品２のバンプ６は電子回路基板１上に設けられた電極パッド３及びクリームはんだ４上に実装され、電子回路基板１と電気的（回路的）に接合される。

次に、上記のように構成された半導体パッケージ部品２の実装方法について、図５の工程図を参照しながら説明する。

従来のバンプを有する半導体パッケージ部品２の実装方法においては、まず電子回路基板１に設置された電極パッド３上にはんだ印刷が可能なように加工された印刷用スクリーンマスクを用いてクリームはんだ４を印刷する（工程１）。

次に半導体パッケージ部品２を吸着する吸着ノズル１０及び半導体パッケージ部品２の裏面に配列されたバンプ６を撮像する撮像装置を備えた電子部品装着装置により半導体パッケージ部品２を吸着、撮像、補正の過程を経て、これを電子回路基板１に設置された電極パッド３上のクリームはんだ４上に実装する（工程２）。

次に、リフロー炉を通してクリームはんだ４を溶融させ、電子回路基板１と半導体パッケージ部品２を接合する（工程３）。

次に、塗布ユニット７を用いて電子回路基板１と半導体パッケージ部品２間に生じた隙間にアンダーフィル８を塗布する。一般的なアンダーフィル８の塗布方法としては塗布ユニット７上に備えられた塗布ノズル９により電子回路基板１上に接合された半導体パッケージ部品２の周囲（４隅）より塗布することにより、塗布されたアンダーフィル８は時間の経過と共に電子回路基板１と半導体パッケージ部品２間の隙間全体に浸透する（工程４）。

このアンダーフィル８は電子回路基板１と半導体パッケージ部品２間に発生する熱によるストレスを緩和し、また落下，衝撃等のストレスによる剥離（クラック）発生を防ぐために接合強度の補強を目的として塗布されており、上記塗布工程後、アンダーフィル８は高温槽を通して硬化される。
特開平９−３２６４０８号公報 特開２００２−２７１０１４号公報 特開２００２−３２９７４５号公報

しかしながら、このような電子部品実装方法には次のような問題点があった。

（１）半導体パッケージ部品２の小型化、高密度化に伴い、部品裏面に配置されたバンプ６間のピッチが狭隣接傾向にあり、ブリッジを発生する可能性を含んでいるので、これを回避するために電子回路基板１上に印刷するクリームはんだ量を制約する手段が考えられているが、このクリームはんだ量の制約によるクリームはんだ量の減少は半導体パッケージ部品２及びその他電子部品５の接合強度の低下につながるため、一定量以上のクリームはんだ量の減少化は接合強度の面から考えると困難である。

（２）クリームはんだ量を制約しても、図７に示すようにクリームはんだ印刷後の半導体パッケージ部品２の装着において吸着ノズル１０にて半導体パッケージ部品２を実装する際、その衝撃荷重或いは部品押し込みによって隣接するクリームはんだ４同士が押し拡がることによる接触、つまりブリッジを発生し、結果として実装不良を引き起こすことになる。

（３）塗布工程において、接合強度補強のために塗布ユニット７による半導体パッケージ部品２の外周からアンダーフィル８を塗布して半導体パッケージ部品２の裏面全体に充填する方法では、アンダーフィル８が半導体パッケージ部品２の裏面全体に均一に充填されず、空気の気泡、つまりボイドを発生し、高温槽によって硬化する際ボイドが残ってしまう。特にこのボイド現象がバンプ６近傍で発生すると電子回路基板１と半導体パッケージ部品２の接合部にクラック現象つまり剥離現象が発生し、電気的にオープン状態となり、接合部の信頼性低下の原因とも成り得る。

（４）図４に示すように半導体パッケージ部品２の近傍にその他の電子部品５が実装されるような場合にはその他の電子部品５の接合部に余分なアンダーフィル８が供給されることになり、これを回避するために、アンダーフィル８の周囲への流出の影響を考慮して、その他電子部品５の実装位置を半導体パッケージ部品２に対し一定の距離を空けるような手段を取れば、デッドスペースを作ってしまい、これが電子回路基板１の高密度実装化の阻害要因となる。

（５）アンダーフィル８の塗布工程及びその硬化工程においては、クリームはんだ４上に実装された半導体パッケージ部品２を有する電子回路基板１はまずリフロー炉に通されクリームはんだ４を溶融した後、塗布工程によりアンダーフィル８を塗布し、高温槽にてアンダーフィル８を硬化する必要がある。このため、半導体パッケージ部品２を有する電子回路基板１の生産においては生産性の低下を招く。

特許文献２には半導体パッケージ部品の外周の必要箇所のみにアンダーフィル（樹脂）を塗布し接合強度を補強して接合不良の解決を図る他、上記問題点の一部の解決手段的な発明内容が記載されてはいるが、この発明は電子部品を実装した際のはんだ拡がりによるブリッジを防止することを目的とするものではない。

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、クリームはんだ印刷後に塗布工程を導入し、隣接するクリームはんだ間に接合強度補強可能な非導電性樹脂を塗布することにより、装着時のはんだ押し込みによるブリッジを防止し、電気的な接合信頼性を向上させ、また接合部の接合強度の信頼性向上を図ることのできる電子部品の実装方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装方法は、部品裏面に電極を有する電子部品を電子回路基板に実装する際の電子部品実装方法であって、少なくとも、前記電子回路基板に設けられた電気的接合を行うための導電性パッド上に、前記導電性パッドに対応したマスクを用いてクリームはんだを印刷する印刷工程と、前記電子回路基板に印刷された隣接する前記各導電性パッドおよび前記各クリームはんだの周囲を矩形形状に包囲する非導電性を有する樹脂を、前記導電性パッドおよび前記クリームはんだ間に格子状に塗布ノズルを用いて塗布する塗布工程と、前記電子回路基板に印刷された前記クリームはんだ上に前記電子部品を実装する実装工程と、前記実装された電子部品に熱を加え、前記クリームはんだを溶融させて、これらを電気的に接合すると共に、前記クリームはんだの溶融後に前記樹脂を硬化させるリフロー工程とを備えたものである。

本発明によれば、部品裏面に電極を有する電子部品の実装工程において、クリームはんだ間にはんだ周囲を矩形形状に包囲する非導電性樹脂を塗布することにより、非導電性樹脂により、次工程である実装工程の半導体パッケージ部品実装時の衝撃荷重或いはその押し込みによる隣接クリームはんだ同士が押し拡がることによるブリッジを防止することができる。しかも、クリームはんだを印刷する印刷工程後に、既に印刷されているクリームはんだ間に、はんだ周囲を矩形形状に包囲する非導電性樹脂を塗布するため、非導電性樹脂を塗布する前にクリームはんだを印刷することができ、非導電性樹脂の影響受けることなく、クリームはんだの印刷を容易にかつ精度よく行うことができる。

本発明によれば、部品裏面に電極を有する電子部品、例えば、裏面にバンプ等の電極を有する半導体パッケージ部品の実装工程において、クリームはんだを印刷する印刷工程後に前工程で印刷されたクリームはんだ間に、クリームはんだの周囲を矩形形状に包囲する非導電性樹脂を塗布することにより、次工程である実装工程の半導体パッケージ部品実装時の衝撃荷重或いはその押し込みによる隣接クリームはんだ同士が押し拡がることによるブリッジを防止することができ、しかも、非導電性樹脂を塗布する前にクリームはんだを印刷するため、クリームはんだの印刷が、非導電性樹脂により影響受けずに容易かつ精度よく行うことができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、前記従来のものと同一部分については同一符号を用いるものとする。

図１は本発明に係る電子部品実装方法の各実施の形態において、これを実施し得る装置の概略構成を実装部品と共に示した一部を断面とする側面図、図２は図１の装置による実装工程の説明図、図３は本各実施の形態における電子回路基板の平面図であり、各実施の形態の説明において共通に使用される。

図１，図２，図３において、１は電子回路基板、２は半導体パッケージ部品、３は電極パッド、４はクリームはんだ、６はバンプ、７は塗布ユニット、８はアンダーフィル、９は塗布ノズル、１０は吸着ノズル、１１は非導電性樹脂をそれぞれ示しており、これら構成要素のさらに詳細な内容については各実施の形態の説明の中で明らかにする。

（実施の形態１）
図１において、電子回路基板１の表面上には、ＢＧＡ，ＣＳＰ等のバンプを有する半導体パッケージ部品２と電子回路基板１を電気的に接合するための電極パッド３が配置されており、この電極パッド３上にクリームはんだ４が印刷され、半導体パッケージ部品２やその他の電子部品が吸着ノズル１０により実装される。半導体パッケージ部品２は、図６に示すように接続端子をパッケージ下面に有する一般的なエリアアレイ型の構造をしており、電極パッド３上に印刷されたクリームはんだ４上に実装される部分には、はんだや金材料から成るバンプ６が形成され、格子状に配列されている。従って、半導体パッケージ部品２のバンプ６は電子回路基板１に設置された電極パッド３に印刷されたクリームはんだ４上に実装され、電子回路基板１と電気的（回路的）に接合される。また、１１は後述の塗布工程において塗布される非導電性樹脂である。

次に、このように構成された半導体パッケージ部品２の実装方法について、図２の工程図を参照しながら説明する。

本発明のバンプを有する半導体パッケージ部品２の実装方法においては、まず電子回路基板１に設置された電極パッド３上にはんだ印刷が可能なように加工された一般的な印刷用スクリーンマスクを用いてクリームはんだ４を印刷する（工程１）。

次に、塗布ユニット７及び塗布ノズル９を用いて図３に示すように隣接するクリームはんだ４間に格子状に非導電性樹脂１１を塗布する（工程２）。

次に、半導体パッケージ部品２を吸着する吸着ノズル１０及び部品裏面に配列されたバンプ６を撮像する撮像装置を備えた電子部品装着装置により半導体パッケージ部品２を吸着、撮像、補正の過程を経て、これを電子回路基板１に設置された電極パッド３に印刷されたクリームはんだ４上に実装する（工程３）。

次に、電子回路基板１をリフロー炉に通してクリームはんだ４を溶融させ、さらにクリームはんだ４の溶融後に非導電性樹脂１１を硬化させて電子回路基板１と半導体パッケージ部品２を接合する（工程４）。

上記工程２における非導電性樹脂１１の供給は、上記工程３による半導体パッケージ部品２の実装の際に生じる衝撃荷重或いはその押し込みによって隣接するクリームはんだ４同士が押し拡がることによる接触、つまりブリッジを防止することを第１の目的とし、電子回路基板１と半導体パッケージ部品２の間に発生する熱によるストレスを緩和し、さらに落下、衝撃等のストレスによる剥離（クラック）発生を防ぐための接合強度の補強を第２の目的として塗布され、はんだ接合部の信頼性向上を図っている。

以上のように本実施の形態によれば、接合強度補強可能な非導電性樹脂を塗布する工程を印刷工程と実装工程の間に導入することにより、はんだ接合の信頼性向上を図ることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態は前記実施の形態１において使用する非導電性樹脂１１を供給する塗布ユニット７について、これの最適化を図ったものである。

例えば半導体パッケージ部品２のバンプ間ピッチが０．５ｍｍ或いは０．４ｍｍの場合、一般的に印刷工程で印刷されるクリームはんだ４間の隣接ピッチは０．２ｍｍ程度となる。従ってこのような制約された範囲への材料の供給はディスペンス装置が最適であり、図２においては、ディスペンス装置による非導電性樹脂１１の供給手段として１本の塗布ノズル９を例示しているが、複数ピッチ間を同時に塗布可能な塗布ノズル９を有するディスペンス装置を適用することが望ましい。

前記実施の形態１でも述べたように、半導体パッケージ部品２の実装の際に生じる衝撃荷重或いはその押し込みによって隣接するクリームはんだ４同士が押し拡がることによる接触、つまりブリッジを防止することを挙げた。一般的に半導体パッケージ部品２のバンプ６間ピッチが０．３ｍｍ〜０．５ｍｍのような狭隣接ピッチの場合、接合に必要なクリームはんだ４量を印刷し、バンプ６の形状バラツキ或いはクリームはんだ４の印刷形状のバラツキ等を考慮して、実装時の押し込みによるはんだ拡がり後の隣接するクリームはんだ４間距離を理論的に計算すると０．０７ｍｍ〜０．１５ｍｍと算出される。例えば一般的なクリームはんだ４を構成するはんだ粒子の平均粒径は約０．０３５ｍｍであり、お互いにはんだ粒子１個分拡がれば隣接するクリームはんだ４は接触することになる。実際にはこのはんだ粒子単位での接触によってブリッジを発生する可能性は極めて低いが、いずれにしても不安定要素であることに間違いはなく、回避する必要がある。従ってこのような制約された範囲への材料の供給はディスペンス装置が最適であり、これによりブリッジを効果的に防止することができる。

以上のように本実施の形態によれば、塗布工程においてディスペンス方式の塗布ユニットを用い、隣接するクリームはんだ４間に接合強度補強可能な非導電性樹脂１１を供給することによりブリッジを防止し、はんだ接合の信頼性向上を図ることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態は前記実施の形態１および実施の形態２において使用する非導電性樹脂１１について、これの最適化を図ったものである。

図１乃至図３に示される非導電性樹脂１１としては以下の特性を有する材料が求められる。第１に適用される樹脂は隣接クリームはんだ４間のブリッジを防止するためのものであり、従って非導電性の性質でなければならない。第２に塗布ユニット７により塗布された非導電性樹脂１１は塗布後その形状を保持できるだけの粘度を有すること、つまり上記同様、隣接するクリームはんだ４間のブリッジを防止するためにその形状が崩れないことが要求される。第３には電子回路基板１と半導体パッケージ部品２の接合強度を補強可能な特性を有することである。

従って、この非導電性樹脂１１の材料として、前記の特性を有する材料を用いることにより、ブリッジを防止し、はんだ接合の信頼性向上を図ることができる。

以上のように本実施の形態によれば、上記特性を有する非導電性樹脂１１を適用することにより実施の形態１及び２でも述べたようにブリッジを防止し、はんだ接合の信頼性向上を図ることができ、また半導体パッケージ部品１１の内部及び外周に必要量の非導電性樹脂１１を供給すればよく、従来方式による必要以上のアンダーフィルの塗布を行う必要が無く、周囲へのアンダーフィル流出の影響を考慮することによるデッドスペースの発生を防ぐことができ、高密度実装が可能となる。

（実施の形態４）
本実施の形態は前記実施の形態１および実施の形態２ならびに実施の形態３における工程の簡略化を図ったものである。図２に示すように本発明の電子部品実装方法では従来のリフロー工程によりクリームはんだ４を溶融させた後、塗布ユニット７によりアンダーフィル８を供給し、高温槽によりアンダーフィル８を硬化する工程順序とは異なり、印刷工程後に非導電性樹脂１１を供給する塗布工程を導入している。従って、リフロー工程においてクリームはんだ４の溶融と非導電性樹脂１１の硬化を同一工程内で行うことが可能となれば生産性向上を図ることができる。これを実現するためには、まず、非導電性樹脂１１の特性として第１に熱硬化を有することが要求される。また、一般的な電子部品の実装ではリフロー工程においてセルフアライメント現象が起こることが知られている。このセルフアライメント現象とは電子回路基板１に配置された電極パッド３に印刷されたクリームはんだ４上に電子部品５を実装した際、この実装に多少の実装ズレが生じていても電子回路基板１をリフロー炉へ通し、クリームはんだ４が溶融し始めるとクリームはんだ４の表面張力により自然に所定の位置へ移動して補正する現象である。

従って、上記セルフアライメント現象を有効とするためには、クリームはんだ４が溶融を始め、セルフアライメント現象が起こり、半導体パッケージ部品２の実装補正が実施された後に非導電性樹脂１１の熱硬化が始まることが望ましい。例えば一般的な共晶はんだを例に挙げれば、その融点は１８３℃であることが知られ、この温度以上で完全に熱硬化する性質を有する非導電性樹脂１１を用いることが要求される。

従って、この非導電性樹脂１１の材料として、前記の熱硬化特性を有する材料を用いることにより、従来の半導体パッケージ部品２の実装方法におけるリフロー工程にてクリームはんだ４の溶融及び非導電性樹脂１１の硬化を行うことができ、工程の簡略化による生産性向上を図ることができる。

以上のように本実施の形態によれば、上記した熱硬化特性を有する非導電性樹脂１１を用いることで、従来の半導体パッケージ部品２の実装方法におけるリフロー工程にてクリームはんだ４の溶融及び非導電性樹脂１１の硬化を行うことができ、工程の簡略化による生産性の向上を図ることができる。

なお、各実施の形態において説明した非導電性樹脂１１としては、熱硬化性で絶縁性を備えた接着剤であって、エポキシ系樹脂，シリコーン系樹脂，ポリイミド系樹脂等の熱によって収縮かつ硬化するものを用いることができる。硬化温度は混入させる硬化剤の種類で調整する。また強度を向上させるために、シリカ或いはアルミナなどの微粒子を混入させるとよい。しかし、前記の例に限るものではなく、光硬化型樹脂あるいは２液混合型接着剤も使用することができる。

また、以上述べた各実施の形態は本発明を説明するための各例であり、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形が可能である。例えば、部品裏面にバンプを有する半導体パッケージ部品に限らず、さらに一般的な部品裏面に電極を有する電子部品、或いはチップ部品等の電子部品の狭隣接高密度実装に対し、隣接間のブリッジ回避や接合強度補強が要求された際に本発明の実装方法を適用することができ、高密度化する実装に対し有効な手段となり得る。

本発明は、部品裏面に電極を有する電子部品、例えばＢＧＡ，ＣＳＰ等の接合面にバンプを有する電子部品を電子回路基板に実装する際の実装方法に適用され、特に隣接クリームはんだ同士が押し拡がることによるブリッジを防止することを要求される半導体パッケージ部品の実装工程に用いて有効である。

本発明に係る電子部品実装方法の各実施の形態においてこれを実施し得る装置の概略構成を実装部品と共に示した一部を断面とする側面図 図１に示す装置により電子部品実装を行う場合の工程図 各実施の形態における電子回路基板の平面図 従来の電子部品実装方法を適用し得る装置の概要を実装部品と共に示した一部を断面とする側面図 図４に示す装置により電子部品実装を行う場合の工程図 一般的な半導体パッケージ部品の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図 接合不良を発生した半導体パッケージ部品の断面図

符号の説明

１ 電子回路基板
２ 半導体パッケージ部品
３ 電極パッド
４ クリームはんだ
５ その他電子部品
６ バンプ
７ 塗布ユニット
８ アンダーフィル
９ 塗布ノズル
１０ 吸着ノズル
１１ 非導電性樹脂

Claims (3)

1. 部品裏面に電極を有する電子部品を電子回路基板に実装する際の電子部品実装方法であって、少なくとも、前記電子回路基板に設けられた電気的接合を行うための導電性パッド上に、前記導電性パッドに対応したマスクを用いてクリームはんだを印刷する印刷工程と、前記電子回路基板に印刷された隣接する前記各導電性パッドおよび前記各クリームはんだの周囲を矩形形状に包囲する非導電性を有する樹脂を、前記導電性パッドおよび前記クリームはんだ間に格子状に塗布ノズルを用いて塗布する塗布工程と、前記電子回路基板に印刷された前記クリームはんだ上に前記電子部品を実装する実装工程と、前記実装された電子部品に熱を加え、前記クリームはんだを溶融させて、これらを電気的に接合すると共に、前記クリームはんだの溶融後に前記樹脂を硬化させるリフロー工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
2. 塗布工程には、印刷されたクリームはんだ間に、格子状に塗布を行うことのできる少なくとも１つ或いは多連のノズルを有する塗布ユニットが用いられることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
3. 導電性パッドが平面視円形であり、前記クリームはんだが平面視円形であることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品実装方法。

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